5. Всесоюзные конференции по физике атомного ядра (1933-1940)

Первая всесоюзная конференция по атомному ядру.

В 1933 г. ЛФТИ праздновал свое 15-летие. Примерно в это же время по инициативе А. Ф. Иоффе было решено организовать 1-ю Всесоюзную конференцию по атомному ядру. Многим известнейшим иностранным ученым были посланы приглашения с предложением выступить на конференций с Докладом. Не все приглашенные смогли приехать. Так, лишь в последний момент выяснилось, что в Ленинграде не будет Чадвика (Кембридж), автора, пожалуй, самого сенсационного открытия 1932 г. - открытия нейтрона. Не приехал и Оккиалини (Рим).

Председателем оргкомитета конференции был назначен И. В. Курчатов, секретарем - Д. Д. Иваненко. К тому времени у Курчатова уже был опыт организации научной конференции. Как уже отмечалось, в 1931 г. он был председателем оргкомитета 1-й Всесоюзной конференции по полупроводникам.

Советские физики могли представить на обсуждение в основном свои работы по космическим лучам и теоретическим вопросам ядерной физики. Одна из целей конференции состояла в том, чтобы ее участникам дать возможность послушать сообщения крупнейших иностранных физиков-ядерщиков.

Торжественное открытие конференции состоялось 24 сентября 1933 г. в конференц-зале Академии наук в Лениграде. В дальнейшем ее работа проходила преимущественно в ЛФТИ; одно публичное заседание было проведено снова в конференц-зале Академии наук и одно (30 сентября) - в Выборгском доме культуры. На этом последнем заседании с научно-популярным докладом выступил П. А. М. Дирак.

Программа конференции, указанная в пригласительных билетах [125, с. 83], была несколько изменена. Так, по-видимому, не состоялся доклад Розенблюма (Париж) о тонкой структуре α-излучения. Сейчас невозможно восстановить имена всех докладчиков. Однако поскольку общее количество докладов было невелико, перечислим все их, точнее, те, о которых имеются достоверные сведения. Три доклада сделали сотрудники ЛФТИ: Д. В. Скобельцын ("Проблема космических лучей"), Д. Д. Иваненко ("Модель ядра") и Г. А. Гамов ("Квантовые уровни ядра"). Сообщение С. Э. Фриша из Ленинградского университета называлось "Сверхтонкое строение спектральных линий и свойства атомных ядер". Наконец, с двумя докладами обзорного характера выступили сотрудники молодого Украинского физико-технического института (Харьков): К. Д. Синельников рассказал о методах получения быстрых ионов и электронов, А. И. Лейпунский - о ядерных реакциях.

Ко времени проведения первой ядерной конференции, как мы знаем, Курчатов уже начал работать по ядерной физике, но у него еще не было публикаций в этой области. Он не выступил на конференции и с обзором. По словам Д. Д. Иваненко, он пояснил это так: "Я еще только разгоняюсь. Не хочется мельчить".

Приведем теперь имена иностранных ученых и названия их докладов: Ф. Жолио ("Нейтроны" и "Возникновение позитронов при материализации фотонов и превращении ядер"), Ф. Перрен ("Структурные элементы атомных ядер"), Л. Г. Грей ("Аномальное рассеяние γ-лучей"), П. А. М. Дирак ("Теория позитрона"), Ф. Разетти ("Об определении магнитных моментов ядер по сверхтонкому строению спектральных линий"), В. Вайскопф ("Материалы теоретической конференции в Институте Н. Бора, сентябрь 1933 г.").

Ленинградская конференция была первой ядерной конференцией, проведенной после открытий нейтрона и позитрона. На конференции обсуждались животрепещущие вопросы и последние новости молодой науки, причем участники получали их из первых рук. Неудивительно, что после докладов происходили оживленные дискуссии. В них приняли участие крупнейшие советские теоретики И. Е. Тамм, В. А. Фок, Я. И. Френкель. Можно считать, что уже на этой конференции была утверждена как единственно правильная протонно-нейтронная модель строения ядра. Один из самых острых вопросов ядерной физики того времени (аномальное рассеяние γ-лучей) впервые получил правильное объяснение именно на этой конференции.^*

^* (Заметим, что указание на необходимость учитывать, в соответствии с теорией Дирака, состояния электрона с отрицательной энергией при расчете рассеяния электромагнитного излучения на свободных электронах содержится уже в статье И. Е. Тамма, опубликованной В 1930 г. [215].)

Почти все доклады и часть дискуссий по ним были затем обработаны и опубликованы [214]. В работе конференции приняло участие около 50 человек, причем физиков-ядерщиков, как отметил позже А. Ф. Иоффе, было около 30.

Отметим любопытный эпизод последнего дня конференции. Давая обзор накопленных данных о ядерных реакциях, Лейпунский указал, в частности, что Браш и Ланге описали странное явление, которое "состоит в появлении сцинтилляций после выключения напряжения (на импульсном ускорителе - А. Г., В. Ф.), т. е. как будто некоторые ядра, захватив протон, становятся радиоактивными" [214, с. 222]. Другими словами, можно было думать, что Браш и Ланге наблюдали искусственную радиоактивность. Надо полагать, что эти сведения Лейпунский почерпнул из статьи Браша [216, с. 86].^* Неизвестно, читал ли Ф. Жолио эту статью, но слова Лейпунского он слышал. Кто знает, может быть, они натолкнули его на идею соответствующего эксперимента. Так или иначе, вскоре после возвращения в свою лабораторию он и И. Кюри поставили опыты, в результате которых они открыли явление искусственной радиоактивности.

^* (Как эти данные, так и содержавшееся в статье Браша указание на то, что ему и Ланге удалось наблюдать расщепление ядер свинца протонами с энергией 2.4 МэВ, несомненно были основаны на какой-то ошибке эксперимента. В последующие годы эти авторы не опубликовали подтверждения указанных результатов.)

Большой интерес представляет заметка, опубликованная 28 сентября 1933 г. в "Вечерней Красной газете" (Ленинград): "Беседа с профессором Дираком". Английский теоретик сказал: "С большим удовольствием отмечаю, что первая всесоюзная конференция по атомному ядру является первоклассной по качеству докладов и высокому теоретическому уровню дискуссии... Впрочем, я этого и ожидал - я уже 5-й раз посещаю Советский Союз, и результаты этих поездок для меня настолько ценны и интересны, что я предполагаю повторить их и в будущем.

Очень многие английские ученые стремятся посетить Советский Союз и работать в нем. В частности, я указал бы на проф. Мотта, Блеккета и Чадвика (Кембриджский университет)... Из работ советских физиков я особенно ценю и внимательно слежу за исследованиями проф. Фока (Ленинград), Тамма (Москва) и Иваненко (Ленинград)".

Для гостей конференции были организованы экскурсии на крупные заводы Ленинграда. Так, Жолио и Перрен в сопровождении Ю. Б. Харитона осмотрели "Русский дизель", "Электросилу", "Красную зарю" и "Красное знамя". По воспоминаниям Харитона, Жолио, сравнительно незадолго до этого проходивший практику на одном из металлургических заводов Люксембурга, проявил большой интерес к соответствующим работам и продемонстрировал хорошее знание технологических и заводских проблем.

Между первой и второй всесоюзными конференциями по ядерной физике прошло 4 года.^* После второй конференции таких больших перерывов уже не было - они проводились ежегодно.

^* (В промежутке между конференциями состоялась сессия АН СЮСР (25 мая-1 июня 1935 г.); кроме общих собраний проводились собрания различных групп. На собрании Группы физики с докладом "Опыты с медленными нейтронами" выступил И. В. Курчатов [217].)

Вторая всесоюзная конференция по атомному ядру была организована физической группой Академии наук СССР и проходила в Москве 20-26 сентября 1937 г. Председателем оргкомитета был А. Ф. Иоффе, секретарем - Н. А. Добротин (ФИАН). Курчатов был членом оргкомитета. Торжественное открытие конференции состоялось в конференц-зале Академии наук, а рабочие заседания проходили в ФИАНе. Конференция собрала около 120 советских физиков, работавших в области ядерной физики (всего было выдано около 250 пригласительных билетов). Ее гостями были крупные иностранные ученые - П. Оже (Париж), Р. Пайерлс (Кембридж), В. Паули (Цюрих), Э. Дж. Вильяме (Манчестер). Многие из приглашенных ученых, в их числе П. Блеккет, В. Гайтлер, Ф. Жолио, Дж. Кокрофт, Э. Лоренс, не смогли приехать на конференцию. Из 30 заслушанных докладов 25 были сделаны советскими физиками. Во время работы конференции в МГУ были прочитаны 4 обзорные лекции по физике ядра и космических лучей для широкого круга научных работников и студентов.

Конференцию открыл А. Ф. Иоффе. В своем вводном слове он отметил, что из всей большой области физики атомного ядра и космических лучей для обсуждения отобраны только те вопросы, на которых сосредоточены работы советских ученых. В соответствии с этим замечанием все материалы конференции охватывают 5 главных тем: 1) прохождение у-лучей и быстрых электронов через вещество; 2) космические лучи; 3) β-распад; 4) взаимодействие нейтронов с ядрами; 5) теория строения ядра. Два доклада по своей тематике выходили за пределы этих главных разделов. К. Д. Синельников сделал подробное сообщение о конструкции и пуске гигантского электростатического ускорителя (типа Ван-де-Граафа) в УФТИ; В. Н. Рукавишников рассказал о циклотроне Государственного радиевого института и получении первых пучков ускоренных протонов и α-частиц. И. М. Франк сделал доклад^* на тему "Свечение чистых жидкостей под действием быстрых электронов"; речь шла о недавно открытом в ФИАНе явлении, позже получившем название эффекта Вавилова - Черенкова, и о предложенном И. Е. Таммом и И. М. Франком теоретическом его объяснении, которое во всех деталях описывало опытные данные.

^* (Авторы доклада: И. Е. Тамм, И. М. Франк, П. А. Черенков.)

Большой интерес вызвало обсуждение проблем физики космических лучей. За несколько месяцев до конференции Неддермейер и Андерсон опубликовали статью, в которой выдвигалась гипотеза о существовании в космических лучах однозарядной частицы, масса которой в несколько десятков раз больше массы электрона. Было ясно, что если данные о таких частицах подтвердятся, это будет одним из важнейших открытий в физике. На конференции, однако, пришли к выводу, что вопрос о существовании этих новых частиц (позже названных мезонами) еще нельзя считать решенным.

Много интересного участники конференции узнали о проблеме β-распада. Новые экспериментальные данные, полученные в этой области, изложил А. И. Алиханьян (ЛФТИ). Вопросы теории рассмотрели Паули и Пайерлс. Несколько неожиданной оказалась их точка зрения, согласно которой принципиальные основы разработанной Ферми теории β-распада они считали неудовлетворительными; в то же время было признано, что окончательные формулы этой теории хорошо согласуются с экспериментом.

По проблемам взаимодействия нейтронов с ядрами большой вводный доклад сделал Курчатов [218, с. 157]. Он отметил, что все имеющиеся экспериментальные данные о поглощении медленных нейтронов хорошо согласуются с недавно (1936 г.) предложенной Н. Бором теорией образования составного ядра; явление селективного поглощения нейтронов также хорошо объясняется этой теорией.

Доклад Н. А. Добротина был посвящен вопросу о рассеянии протонов на нейтронах, вызывавшему острые споры в связи с противоречивыми данными различных исследователей. С помощью камеры Вильсона Добротин исследовал угловое распределение протонов при их соударениях с быстрыми нейтронами. Он привел убедительные данные в пользу утверждения о том, что в системе центра масс частиц n-р угловое распределение протонов является симметричным, и проанализировал возможные источники ошибок в тех работах, в которых это распределение было найдено несимметричным. Заметим, что вопрос о рассеянии нейтронов на протонах имел фундаментальное значение, так как на основе данных об этом процессе можно судить о характере сил, действующих между нуклонами.

На последнем заседании конференции были рассмотрены вопросы теории строения ядра. Обзорный доклад о ядерных силах сделал И. Е. Тамм. Он указал, что фундаментальный вопрос о природе ядерных сил пока далек от решения. Тамм упомянул разрабатывавшуюся ранее гипотезу об обменном характере ядерных сил, но сделал это без привлечения мезонов к объяснению их природы. Докладчик склонен был признать, что силы взаимодействия n-n, n-р и р-р одинаковы (зарядовая независимость ядерных сил). Теперь это утверждение является общепринятым. Однако в 1937 г. такой видный теоретик, как Паули, в дискуссии по докладу Тамма заявил, что предположение о зарядовой независимости ядерных сил является "очень упрощенным и потому неправильным" [218, с. 228].

В своем заключительном слове А. Ф. Иоффе отметил, что за последние годы в Советском Союзе наблюдается широкое развитие работ по ядерной физике, однако техническая база, ограничивающаяся двумя ускорительными установками (в УФТИ и в ГРИ) "совершенно не соответствует тем большим задачам и тому размаху изучения атомного ядра, который выявился на данной конференции" [218, с. 251].

Брошюра с тезисами представленных на конференции докладов была издана еще до начала конференции [219]. Позже ее материалы были опубликованы в специальном номере "Известий АН СССР" [218], включившем полностью 19 докладов и аннотации по 6 докладам. Приведены также сокращенные стенограммы прений.^*

^* (Два доклада, сделанных на конференции Вильямсом и Пайерлсом, а также доклад В. Гайтлера "К теории космических лучей", присланный им на конференцию, были опубликованы в журнале: Изв. АН СССР, Сер. физ., 1937, № 4/5.)

Третье совещание по физике атомного ядра было организовано в Ленинграде 1-5 октября 1938 г. как выездное совещание Группы физики Академии наук СССР. На совещание приехало 57 иногородних участников; заслушано 29 докладов, значительная часть которых была посвящена исследованиям по физике космических лучей, выполненным сотрудниками ФИАИа. Ряд докладов касался взаимодействия быстрых электронов и γ-излучения с веществом.

На совещании были широко представлены работы лаборатории Курчатова в ЛФТИ. Его сотрудник Л. И. Русинов (в соавторстве с А. А. Юзефовичем) в первый раз на ядерном совещании сделал доклад о ядерной изомерии брома. К тому времени сам факт ее существования уже был надежно установлен, и в лаборатории Курчатова приступили к ее систематическому изучению. Русинов сообщил об открытии мягкого электронного компонента (с энергией ~ 30 кэВ) в излучениях радионуклида Вr (4.2 ч). Он отметил в докладе предположение Курчатова о том, что эти электроны являются электронами внутренней конверсии γ-лучей, возникающими при разрядке возбуждения метастабильного состояния ⁸⁰Вr. Как обычно, часть переходов с возбужденного уровня на основной происходит путем испускания γ-кванта, а другая часть - путем испускания конверсионного электрона. Вскоре это предположение было подтверждено экспериментально как в работах группы Курчатова, так и в независимых зарубежных исследованиях. Русинов отметил, что измерение энергии конверсионных электронов дает возможность с большой точностью установить энергию возбуждения метастабильного уровня соответствующего ядра.

Другой сотрудник Курчатова Я. Л. Хургин( ЛФТИ) представил на совещание доклад "К теории циклотрона". В этой работе он рассмотрел влияние релятивистского возрастания массы частицы на процесс ее ускорения в циклотроне и отметил, что напряженность магнитного поля в центральной области выгодно выбирать несколько превышающей ее резонансное значение, вычисленное по величине частоты ускоряющего поля. В работе дана оценка величины амплитуды напряжения на дуантах циклотрона, необходимой для достижения заданной энергии ускоряемой частицы.^* Статья Хургина на эту тему была опубликована незадолго до совещания [220].

^* (Как уже упоминалось, впервые такие расчеты были выполнены для Курчатова в 1937 г. в работе [147]. Я. Л. Хургин принимал деятельное участие в постановке задач и обсуждении результатов.)

Наконец, еще один сотрудник Курчатова Г. Н. Флеров выступил с докладом "Поглощение медленных нейтронов", который, в сущности, был изложением его дипломной работы (ЛПИ- ЛФТИ), выполненной в 1938 г. под руководством Курчатова [221]. Флеров исследовал зависимость сечения поглощения нейтронов бором, кадмием и ртутью от энергии нейтронов; последнюю он изменял, пропуская нейтроны через слой компрессорного масла, подогретого до нужной температуры.

Большой обзорный доклад И. Е. Тамма "О проникающей компоненте космических лучей" был посвящен существующим теоретическим представлениями о мезонах. Докладчик отметил, что многие вопросы остаются здесь неясными. В то время полутяжелые частицы, умозрительно введенные Юкавой в качестве частиц, обмен которыми объясняет ядерные силы, естественно было отождествлять с мезонами, открытыми в космических лучах в 1937 г. Однако при этом возникли большие трудности. Только значительно позже было установлено, что найденные в космических лучах мезоны - это μ-мезоны, тогда как на роль "частиц Юкавы" подходят μ-мезоны, открытые в 1947 г.

Материалы третьего совещания по физике атомного ядра были опубликованы в одном из номеров журнала "Известия АН СССР" [222], где полностью напечатаны только 7 докладов и к 10 докладам даны аннотации. По словам редакции, это связано с тем, что в большинстве прочитанных на совещании докладов излагается материал, уже опубликованный в физических журналах.

Четвертое совещание по физике атомного ядра было созвано Отделением физико-математических наук Академии наук СССР и проведено в Харькове 15-20 ноября 1939 г. В своем отчете об этом "традиционном ежегодном совещании" Н. А. Добротин писал: "Уже самый факт созыва подобного совещания по такому пока еще сугубо теоретическому вопросу, каким в настоящее время является (точнее, совсем недавно считалось, - А. Г., В. Ф.) исследование атомного ядра, в тот момент, когда более половины населения Земли вовлечено во вторую империалистическую войну, говорит очень о многом" [223, с. 184]. Действительно, многие крупные советские физики признавали, что работы по атомному ядру имеют большое принципиальное значение. Кроме того, к ноябрю 1939 г. уже просматривались перспективы важнейшего практического применения ядерных процессов.

На совещании было представлено 36 докладов. Кроме научных работников Харькова в его работе приняло участие около 120 приезжих физиков и химиков. По своей тематике доклады группировались вокруг ряда основных проблем: космические лучи, свойства быстрых электронов и жестких γ-лучей, нейтроны и строение ядра. Некоторые проблемы рассматривались и на прошлых совещаниях, однако появились и новые темы. Прежде всего это физика деления ядер, в области которой, несмотря на короткий срок, прошедший со времени этого открытия (декабрь 1938 г.), уже было выполнено очень большое число работ.^* Это, далее, вопросы применения методов и результатов ядерной физики в технике, химии, медицине, а также ускорительная техника. Делению тяжелых ядер была посвящена существенная доля всех докладов. Подробный обзор накопленных к тому времени данных о делении ядер сделал А. И. Лейпунский. Доклады по отдельным вопросам этой темы исходили из РИАНа и ЛФТИ. Сотрудники Курчатова Русинов и Флеров сообщили о своей работе, имевшей целью определить среднее число нейтронов на один акт деления урана. Русинов (в соавторстве с А. А. Юзефовичем) выступил с сообщением о недавно полученных новых результатах, касающихся ядерной изомерии ⁸⁰Вr. В работе была убедительно доказана конверсионная природа мягкого электронного излучения ⁸⁰Вr как с помощью измерения энергии рентгеновских квантов, излучаемых при распаде этого ядра, так и путем измерения спектра мягкого компонента электронного излучения. В своем докладе Русинов выдвинул плодотворную идею о том, что измерение относительного коэффициента внутренней конверсии (отношения α_L/α_K) может оказаться полезным инструментом для определения порядка мультипольности соответствующего γ-перехода.

^* (Приводом здесь интересное замечание Н. А. Добротина: "Изучение явления деления урана развивалось небывалыми в истории науки темпами. Впервые полгода после появления работы Гана и Штрассмана в среднем почти каждый день в физических журналах появлялась одна статья о делении урана и тория" [223, с. 190].)

Сотрудник Курчатова И. П. Селинов представил в своем докладе обзор результатов, полученных в исследованиях свойств стабильных и радиоактивных нуклидов. В докладе Ю. Б. Харитона в соавторстве с Я. Б. Зельдовичем были подробно изложены результаты расчетов, касающихся возможности осуществления цепной реакции деления ядер урана.^*

^* (В основном сборнике материалов совещания [224] этот доклад не был опубликован, вероятно, в связи с тем, что уже до совещания работа Зельдовича и Харитона о цепной реакции деления была отправлена в печать [171].)

Материалы совещания были опубликованы почти полностью [224], если говорить о перечне докладов, однако большинство сообщений дано только в виде коротких аннотаций.

Пятое совещание по физике атомного ядра - последнее предвоенное совещание по этой тематике - было созвано Отделением физико-математических наук АН СССР. Оно проводилось в Москве 20-26 ноября 1940 г. Было представлено около 40 докладов. Существенная часть материалов совещания посвящена физике космических лучей, в частности - физике мезонов, причем часть докладов на эти темы исходила теперь и из ЛФТИ.

Из работ, представленных группой Курчатова, отметим прежде всего доклад К. А. Петржака и Г. Н. Флерова, в котором они рассказали об открытии ими нового вида радиоактивных превращений ядер - спонтанного деления ядер урана. Обзорный доклад о делении тяжелых ядер сделал Курчатов. Вопросам деления тяжелых ядер были посвящены также доклады В. Берестецкого и А. Мигдала (критика количественных результатов расчета Бора и Уилера), А. Е. Полесицкого и др. (о химической природе продуктов деления ядер тория), Т. И. Никитинской и Г. Н. Флерова (неупругое рассеяние нейтронов тяжелыми ядрами).

Л. И. Русинов сделал обстоятельный доклад о ядерной изомерии, в котором рассмотрел как все результаты, полученные в лаборатории Курчатова для ядра ⁸⁰Вr, так и сводку накопленных экспериментальных и теоретических данных о ядерной изомерии, которая оказалась отнюдь не редким явлением среди искусственно-радиоактивных нуклидов. Особое внимание докладчик уделил анализу косвенных методов доказательства верности теоретических представлений о том, что причина метастабильности возбужденного ядерного состояния заключается в относительно большой разности спинов для соответствующего перехода.

По тематике к этому докладу близко примыкает доклад аспиранта Я. И. Френкеля, теоретика Г. С. Завелевича, который по просьбе Русинова выполнил расчет относительного коэффициента внутренней конверсии для электрического мультипольного излучения и показал, что величина этого параметра действительно (как и предполагал Русинов) достаточно резко зависит от порядка мультипольности излучения. Из сравнения расчетных данных Завелевича с экспериментальными следовало, что в случае изомерного перехода в 80Вr разность спинов соответствующих уровней равна трем.

При публикации материалов совещания [225] лишь 4 обзорных доклада были напечатаны полностью; содержание остальных докладов изложено в кратких аннотациях.^* Кроме того, аннотации всех докладов были опубликованы на английском языке |227]. В своем отчете о совещании [228] Курчатов отметил, что намерен дать "краткое изложение тех работ, которые могут представить интерес не только для физиков, но и для химиков".

^* (Все ебзорные доклады, а также доклад Флерова и Петржака, который в [225] дан только в виде аннотации, были напечатаны также в [226].)