Советский атомный проект. К истокам  развития физики космических лучей в Узбекистане

К 110 летию со дня рождения Академика С.А.Азимова

В статье на основе исторических материалов рассказано о том, как: «Решение ГКО СССР от 1942 г. О проблеме урана», подписанное И.В. Сталиным, с которого начинался советский атомный проект, дал импульс возникновению в Узбекистане развитой школы физики космических лучей и ядерной физики, и стало основой для дальнейшего развития физических дисциплин. К 90-м годам XX века  в Узбекистане была сформирована мощная научно-технологическая база физических институтов и конструкторских бюро с компетенциями в области ядерной физики, гелиоматериаловедения, физической электроники, лазерной физики, физики твердого тела, полупроводников, космических аппаратов, кристаллофизики и т.д.

Начало ядерной физике было положено в 1911 году, когда выступая на собрании Манчестерского общества литературы и философии, английский физик Эрнст Резерфорд рассказал об открытии строения атома и наличии в его центре массивного ядра. Через год австрийский физик Виктор Гесс, после серии высотных экспериментов, проведенных на дирижабле, обнаружил, что земная атмосфера пронизана поступающими из космоса потоками микрочастиц, названных космическими лучами. Наибольшая энергия этих лучей наблюдалась на входе в земную атмосферу и снижалась с приближением к поверхности земли. Объяснение происхождению этих лучей процессами взрывного разрушения звезд в галактическом и межгалактическом пространствах пришло значительно позже, а в начале XX века знания о ядерной физике ограничивались эффектами радиоактивности и спонтанного деления атомов.

Технические возможности того времени не позволяли проводить эксперименты в микроскопических масштабах атомного ядра. В то же время было известно, что в составе космических лучей, прибывающих на землю, содержатся частицы с огромной энергией, достаточной для разрушения атомного ядра. Возникла идея использовать космическую частицу в качестве мощного молотка – разрушать атомы в процессе соударения с космическими лучами наблюдая при этом динамику распада атома и его ядра, выявить состав выделяющихся компонентов, их дальнейшие ядерные взаимодействия, найти возможность управления этими процессами. Учитывая, что при прохождении земной атмосферы космические лучи теряют большую часть своей энергии, проведение таких экспериментов возможно на высотах не менее 3000м, т.е. в горных условиях. В СССР до указанных событий, физика космических лучей относилась к фундаментальным научным исследованиям, и перспектива их использования в программах вооружений не рассматривалась.

Однако в 1942 году, в один из самых критических периодов второй мировой войны, когда исход ее решался в Сталинградском сражении, вопросы атомной физики и связанной с ними физики космических лучей становятся предметом обсуждения Государственного Комитета Обороны (ГКО).

Интерес руководства страны к столь, казалось бы, далекой от войны теме возник после получения материалов разведки, из которых следовало, что одновременно в США, Великобритании и Германии развернулись секретные работы по созданию принципиально нового вида оружия на основе цепной реакции деления ядер урана.

В сентябре 1942 года в ГКО СССР под руководством И.В. Сталина состоялось совещание, на котором были рассмотрены материалы разведки и оценки советских ученых о возможности создания принципиально нового вида оружия, способного полностью изменить ход войны. Оценив глубину опасности появления такого оружия у противника, было принято решение о начале аналогичных работ в СССР. Масштабы предстоящих работ были впечатляющими: от разработки теории ядерного взрыва, конструкции устройства, вплоть до организации добычи и обогащения урана в промышленных масштабах.

Известна знаменитая фраза Сталина, с которой берет начало советский атомный проект — –«Нужно делать!».

Поступали новые данные о размахе работ за рубежом:

Однако бремя войны сказывалось на темпах, и основные работы по созданию советской атомной бомбы развернулись в 1944 году. К этому времени военные действия перемещаются на запад, ведущие научные коллективы возвращаются из эвакуации в Москву. К работе привлекаются все ведущие специалисты страны. Среди них физики:- -Ю.Б. Харитон, Я.Б. Зельдович, С.И. Вавилов, И.Е. Тамм, Л.Д. Ландау, А.Д. Сахаров, математики:- А.Н. Колмогоров, М.В. Келдыш, А.Н. Тихонов, химики:- В.Г. Хлопин, И.К. Кикоин, Н.Н. Семенов, А.Н. Несмеянов, геологи В.И. Вернадский., А.Е. Ферсман и список можно продолжать. Развиваются новые научные направления:-  радиохимия, вычислительная техника, приборостроение, материаловедение. Общее оперативное руководство проектом возглавил министр МВД СССР Л.П. Берия. Для организации научных и инженерно-конструкторских работ была образована специальная организация «Лаборатория №2» под руководством академика И.В. Курчатова, в дальнейшем преобразованная в Институт атомной энергии. Производственная база ядерного оружия создавалась в строящемся, строго охраняемом городе, названном «Арзамас-16».

По каналам разведки продолжала приходить настораживающая информация, из которой следовало, что работы над бомбой за рубежом развиваются успешно, получены решения сложных технологических проблем, к проекту привлечены все выдающиеся ученые западного мира:

Ученым страны предстояло понять механизм процесса ядерного взрыва, а для этого потребовалось «заглянуть» внутрь атомного ядра в момент его разрушения. Связь исследований по ядерной физике и космическим лучам были общеизвестны, поэтому уже в первых документах по организации работ по атомному проекту (см. Док№3), указана лаборатория атомного ядра профессора Д.В. Скобельцина, ведущего специалиста в области физики космических лучей.

В то время не существовало аппаратуры, способной генерировать частицы с энергией, сопоставимой с энергией частиц в космических лучах, необходимых для критической бомбардировки атомных ядер. Энергия поступающих в земную атмосферу космических частиц превышает 20млн. э/в, затем, быстро убывает за счет соударений. Использование в экспериментах космических частиц, обладающих необходимой энергией, возможно на высотах более 2,5-3тыс. метров, где космические лучи еще сохраняют основную долю своей энергии. Космические лучи оказались востребованными в атомном проекте.

В мае 1944г. заместитель председателя правительства СССР М.Г. Первухин в записке Председателю ГКО И.В. Сталину, перечисляя насущные вопросы по урановому проекту, просит разрешения привлечь к работе профессора Д.В. Скобельцина с сотрудниками, возглавлявшего лабораторию атомного ядра в Физическом институте Академии Наук и получает на это согласие:

К проекту подключаются ведущие сотрудники лаборатории: В.И. Векслер, С.И. Вернов, П.А. Черенков, Л.В. Грошев, принимается решение об организации высокогорной экспедиции. Выбор места пришелся на горы Памира в Таджикистане, куда автотранспортом можно доставить оборудование до высот 4000м. В августе 1944года экспедиция ФИАН достигла места назначения и приступила к работе. Возглавил экспедицию профессор В.И. Векслер. Первая Памирская экспедиция успела получить важные научные результаты и это послужило основанием для организации на этом месте постоянно действующей научной станции ФИАН.

В 1945 году состоялась вторая Памирская экспедиция, в более широком составе, с участием будущих Нобелевских лауреатов И.Е. Тамм, В.Л. Гинзбург, а также профессора Д.И. Блохинцева. На пути к станции, в августе 1945 году, экспедиция сделала плановую остановку в Ташкенте. В связи с высоким государственным статусом экспедиции, состоялась рабочая встреча с членом правительства Узбекистана — академиком Султаном Умаровичем Умаровым, курировавшим вопросы науки. С.У. Умаров, будучи известным ученым-физиком, совмещал работу в правительстве с руководством кафедрой теоретической физики и чтением лекций в Среднеазиатском госуниверситете.  В круг его обязанностей входила подготовка научных кадров Узбекистана.

Из воспоминаний академика Садыка Азимовича Азимова:

В годы моей учебы самым известным преподавателем на физическом факультете САГУ был академик С.У. Умаров, замечательно читавший курс лекций по теоретической физике. Несмотря на свою занятость, он находил время и любил заниматься со студентами, прививал нам интерес к научной работе. Султан Умарович отмечал и мои успехи в учебе и советовал продолжать учебу в аспирантуре. В итоге именно он дал мне эту возможность. Летом 1945года состоялась встреча С.У. Умарова с В.И. Векслером, руководившим группой московских физиков, отправляющихся на Памирскую экспериментальную станцию. В ходе этой встречи он рекомендовал меня Векслеру, предложив включить состав экспедиции и дальнейшего обучения в аспирантуре ФИАН.  На следующий день состоялась моя первая встреча с моим будущим научным руководителем. После “небольшого” устного экзамена я был принят сотрудником экспедиции и выехал с ними на Памир. Так сложилось, что благодаря вниманию и поддержке замечательного человека С.У. Умарова я попал в замечательный коллектив ФИАНа и оказался в горном лагере, изучая космические лучи.

Конечной железнодорожной станцией экспедиции был город Ош, где мы перегрузились на автотранспорт. Далее путь лежал по Восточному Памирскому тракту, горной дороге, длиной 700км., соединяющей Ферганскую долину с Бадахшанским районом Таджикистана. Трасса проходила через Памиро-Алайский горный массив на высотах от 3000 — 4500 метров. Объехав озеро Каракуль и миновав самую высокую точку на трассе – перевал Акбайтал (4 650 метров), мы расположились в урочище Чечекты (3 860 метров).»

Лагерь расположился на высоте 3 860 етров.. Экспедиция жила в армейских двухместных палатках, фанерные домики для экспериментального оборудования –«лаборатории» собирали своими силами. Практически сразу развернулись научные эксперименты — изучались сильные взаимодействия космических лучей с ядрами атомов. Экспериментальные установки собирали самостоятельно, автоматизации эксперимента практически не было, требовалось постоянно находиться у приборов. Векслер сам прекрасно разбирался в экспериментальной технике, его советы и помощь имели неоценимую пользу для нас, молодых сотрудников.

Мне выпала задача собрать круговую экспериментальную установку и исследовать закономерности распределения взаимодействия космических частиц с атомами мишеней, а также провести аналогичные исследования на «годографе» -так называемом телескопе, работавшим по схеме совпадений. На круговой установке удалось впервые получить соотношение между мягкой(электрон-фотонной) и жесткой(нейтронной) компонентами космического излучения, а из результатов, полученных на годографе, были получены первые доказательства существования электронно-ядерных каскадных процессов.

В экспедиции, в течение дня, Векслер обходил «лаборатории» и подробно обсуждал с нами результаты. По вечерам после ужина возникали спонтанные семинары, на которых шли жаркие споры – как интерпретировать полученные результаты – поскольку в физике космических лучей было еще много неизвестного. В экспедиции также работали такие выдающиеся теоретики, как академик Д.И. Блохинцев, и будущие лауреаты Нобелевской премии академики И.Е. Тамм и В.Л. Гинзбург. При обсуждении результатов экспериментов они сверяли результаты экспериментов с теоретическими расчетами. Именно эти ученые, дальнейшем внесли существенный вклад при создании термоядерного оружия. Хорошо известна фраза И.В. Сталина, сказанная в 1949году после успешного испытания советской атомной бомбы: — «Если бы мы опоздали на год полтора – мы бы испытали эту бомбу на себе».

Само по себе нахождение на высоте 4000м достаточно тяжелое испытание для человека. Здесь и недостаток кислорода, жизнь в палатках, перепады температур и т.д., одним словом, жизнь в условиях «ограниченного» комфорта. Несмотря на это в экспедиции царил дух энтузиазма, стремления каждого сотрудника максимально хорошо выполнить свою часть работы. Этому способствовал и характер руководителя экспедиции, человека «суперактивного», увлекавшего нас, учеников, своим примером и в работе, и в минуты активного отдыха.

На Памире я понял, каким должен быть настоящий ученый, заряженный азартом научного искателя, постоянно ищущий ответы на вопросы о устройстве микромира. Векслер не делал скидок на молодость, сам был смелым в науке и того же ждал от своих учеников. Его любимой фразой было: «Действуйте смелее. У вас получится». Именно на Памире у него родилась одна из величайших идей XX века – «принцип автофазировки». И первый в мире гигантский синхрофазотрон, построенный по его идее и под его руководством в ОИЯИ в Дубне, подтверждают эти слова».

По результатам, полученным в этой и следующих экспедициях, в 1948г. на Ученом Совете ФИАН С. Азимов успешно защитил кандидатскую диссертацию. В те годы в этот совет состоял сплошь из корифеев мировой науки, обладателей высших научных наград вплоть до Нобелевских премий. На этой защите председатель Ученого совета ФИАН, Президент Академии Наук СССР, академик С.И. Вавилов поздравил С. Азимова и пожелал ему внести свой вклад в развитие физических наук в Узбекистане.

В том же 1948 году в Физико-Техническом Институте в Ташкенте была открыта лаборатория космических лучей, руководителем которой назначается С. Азимов. В ней собралась талантливая молодежь — первое поколение физиков – ядерщиков, внесших в дальнейшем своими работами достойный вклад в отечественную и мировую науку.

Сотрудники лаборатории активно подключились к исследованиям на Памирской станции ФИАН, а позже построили свою высокогорную обсерваторию «Кум-Бель» на Шахристанском перевале Ферганской долины.

За короткий период сотрудниками лаборатории были получены новые результаты, оформленные в кандидатских диссертациях, а в 1954 году на Ученом Совете ФИАН СССР С.А. Азимов успешно защитил докторскую диссертацию.

В июле 1956 года произошло событие, послужившее толчком для дальнейшего развития ядерной физики и физики высоких энергий в Узбекистане. В это время состоялся визит руководителей атомной отрасли СССР, академиков И.В. Курчатова и Ю.Б. Харитона.

Из воспоминаний С.А. Азимова:

«В июле 1956 году в Узбекистан прибыли руководители атомной промышленности СССР академики И.В. Курчатов и Ю.Б. Харитон. В день их визита в Президиум Академии Наук я был приглашен Курчатовым на беседу. Курчатов тепло меня встретил, сказал, что ему обо мне рассказал академик Г.Н. Флеров, с которым мы работали на Памирских экспедициях. Расспросив о проводимых нами исследованиях, он перешел к тому, что после напряженной работы по созданию ядерного щита страны наступило время внедрять полученные уникальные технологии в народное хозяйство. Сообщил, что на следующий день выезжает в Бухарскую область, где планируется строительство горно-обогатительного комбината (теперь это называется НГМК), а по возвращении он хотел бы познакомиться в ФТИ с коллективом нашей лаборатории. Действительно через 2 дня у нас в лаборатории состоялась встреча с академиками Курчатовым и Харитоном. Встреча была плодотворной – гостям понравились актуальность и уровень наших работ, а мы, в свою очередь, услышали из первых уст о перспективных направлениях и задачах, которые стояли перед учеными -ядерщиками страны.  В то время коллектив лаборатории состоял молодых талантливых ученых — У. Гулямов, М. Чудаков, А. Юлдашев, Т. Юлдашбаев, М. Юнусов и других. После нашей встречи Курчатов сказал –«с такими орлами, Азимов, вы горы свернете»».

И действительно, во многом наличие таких кадров решило вопрос о строительстве института ядерной физики именно в Узбекистане, и важную роль в этом сыграла поддержка И.В. Курчатова. По его рекомендации С. Азимов возглавил весь комплекс вопросов строительства института — начиная от выбора места до формирования научной тематики лабораторий, и ряд лет возглавлял работу института. Многие ученики С. Азимова возглавили в этом институте научные лаборатории и своими результатами добились авторитета и признания международного научного сообщества. Благодаря высокому авторитету ученых-ядерщиков, Узбекистан стал местом проведения престижных международных конференций с участием выдающихся ученых.

Многие из выходцев этой лаборатории были избраны членами Узбекской и зарубежных академий, доклады узбекских физико-ядерщиков регулярно публиковались в самых престижных международных журналах. Трудами первого поколения ученых, вышедших из лаборатории ФТИ, в Узбекистане появилась настоящая современная научная среда, выросли кадры, развивались новые научные направления и, проводились сложные экспериментальные работы, включая реактор и бетатрон ядерного института. В центре этого была плеяда талантливых ученых – У.Г. Гуламов, В.С. Масагутов, А.А. Юлдашев, Г.М. Чернов, Т.С. Юлдашбаев, В.М. Чудаков, Г.Г.Арушанов, М.С. Юнусов, Ю.П. Кратенко, Э.Ж. Мулладжанов и другие. После них эту эстафету продолжает следующее поколение физиков-ядерщиков – Президент АН академик Б.С. Юлдашев, академик К.Г. Гуламов, доктора наук. Ш. Абдужамилов, С. Лутпуллаев, К.О.Олимов, В.Ш. Навотный, Х.К.Олимов и др.

  Помимо ядерной физики С.А. Азимов с учениками – академиками Т.Т. Рискиевым, М.С. Саидовым, М.С. Юнусовым, Р.А. Муминовым, Т.М. Муминовым, докторами наук, руководителями лабораторий  И.И. Пирматовым, М.Н. Туурсуновым, С.С. Сулеймановым, М.А. Атакуловым, Р.Я. Яфасовым, М.М.Мирзабаевым, Г.Т. Адыловым, Д.Ж.Гулямовой, А.С. Саидовым, Ш.А. Мирсагатовым, Р.Р. Авезовым., С.Ш. Шамирзаевым, Ю.М. Юабовым, Ю.М. Катулевским, Ф. Ахмедовым, А.В. Каримовым, К.Т. Тешабаевым и многими другими успешно развивали научные исследования по физике полупроводников, физике твердого тела, материаловедению, гелиотехнике, создавали новые лаборатории, а в Паркенте Ташкентской области построили и ввели в строй уникальный в мире объект «Солнце».

Феномен этой истории подтверждает тот факт, что история может начинается со случайностей, но в итоге развивается по своим законам и научный потенциал Узбекистана был существенной и достойной частью передовой советской науки. Время и Наука безграничны и, так же как в XX веке в Узбекистане возникнет настоящая наука, новое время вырастит на этой земле новых талантливых ученых. Говорят, что человечество стоит на плечах своих предшественников. Будет справедливо, если новое поколение ученых не забудет многих замечательных людей, чьим трудом и талантом в республике появились современные научные институты, выросли научные школы, и эта эстафета ученых продолжится, и следующие поколения не допустят того, чтобы эта нить прервалась.

Б.С. АЗИМОВ

На заставке: Участники Памирской экспедиции ФИАН. В центре сидит профессор В.И. Векслер. Во втором ряду в центре С.А. Азимов.

В статье использованы рассекреченные материалы из архива Госкорпорации «РОСАТОМ»