акад. Е. П. Велихов
Статья напечатана в сборнике «Судьбы творцов российской науки и культуры, том IV, Москва, 2018» с дополнением сведений о работе Л.А. Арцимовича в МГУ, предоставленными зав. кафедрой атомной физики, физики плазмы и микроэлектроники физфака МГУ и зав. отделом микроэлектроники НИИЯФ МГУ проф., д.ф.-м.н. А.Т. Рахимовым
Лев Андреевич Арцимович
(1909–1973)
«Золотое яблоко успеха появляется часто на
самой незаметной веточке могучего дерева
науки».
Л.А. Арцимович
Лев Андреевич Арцимович – выдающийся ученый-практик в области ядерной физики и астрономии, разработчик электромагнитного метода деления изотопов, конструктор, специалист в области физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза, академик (1953 г.), член Президиума и академик-секретарь Отделения общей физики и астрономии АН СССР (1957 г.), Герой Социалистического Труда (1969 г.), лауреат Ленинской (1958 г.) и Государственных премий СССР (1953 г., 1971 г.). В МГУ Л.А. Арцимович организовал кафедру атомной физики на физическом факультете и лабораторию физики плазмы в Научно-исследовательском институте ядерной физики.
Прежде чем переходить к описанию жизни Льва Андреевича Арцимовича, хочу попробовать передать цельное восприятие его как могучей личности в науке, культуре в целом, гражданской жизни, включая и политические аспекты, и не только в масштабе страны, но и мира в 50-70-е годы прошлого века. Пока такие люди были в России, было и гражданское общество, очень ограниченное в масштабах, но высокое по качеству человеческого материала.
Первая характерная особенность, с которой люди сразу же сталкивались при знакомстве с Арцимовичем, — это ответственность. Перед собой. Он не позволял душе лениться никогда и ни в чём. В науке был самым жёстким собственным критиком, — вспомним историю с нейтронами из прямых разрядов. Уровня мировой драмы достиг эпизод с ливерморскими нейтронами на первой Международной конференции по термояду (управляемому термоядерному синтезу) в Зальцбурге. Американская группа с большой помпой объявила, в том числе и в прессе, об обнаружении длительной термоядерной реакции в открытой ловушке. Лев не пропустил этот мяч, так как имел „опыт работы“ с нейтронами с самого зарождения ядерной науки. Он объяснил результат просто отражением нейтронов от окружающих предметов, прежде чем они попадали в счётчик, но сделал это на высочайшем театральном уровне. Было в нём что-то от Мефистофеля и во внешности, и во внутреннем облике. Американская делегация во главе с руководящим адмиралом не нашла ничего лучшего, чем попытаться превратить научную дискуссию в политический скандал, что дало Арцимовичу прекрасную пищу для сарказма на полном моральном основании, так как сам он никогда и ни при каких обстоятельствах не предавал правду. Даже уважаемые члены нашей делегации пытались унять его, но Лев правильно решил, не без влияния Макиавелли, что пусть сначала боятся, а уж потом любят. Он немедленно был признан лидером международного термоядерного сообщества, за чем последовало, без всякого нажима с его стороны, признание концепции токамака[1] как центральной, что, в свою очередь, привело к беспрецедентному в научном сотрудничестве объединению в рамках проекта Международного термоядерного реактора (ИТЕР), уже, к сожалению, после смерти учёного. Я подробно остановился на этом эпизоде, одном из многих в многогранной жизни Льва Андреевича, чтобы подчеркнуть исключительную важность для успеха крупного проекта научной базы и моральной цельности его зачинателя.
Такую же принципиальную позицию он, по воспоминаниям коллег, занимал и в Пагуошском движении, что, несомненно, способствовало успеху последнего. В Нобелевской премии мира, полученной Пагуошем, есть и его значительная доля. Так же он вёл себя и в других жизненных ситуациях. Никогда не проходил мимо безобразий и несуразиц окружающей жизни, которых было хоть отбавляй. Будучи грозой титулованных коллег и сильных мира сего, начинающих и слабых Арцимович никогда не обижал, наоборот, очень следил за их ростом и всячески тому способствовал.
Лев Андреевич родился в Москве 25 февраля 1909 г. Семья Арцимовичей происходила из старинного польского рода. Дед, М.И. Арцимович, участвовал в Польском восстании 1863–1864 гг. и был сослан в Сибирь, где женился на коренной сибирячке. Отец, Андрей Михайлович, родился в Смоленске, окончил Львовский университет по специальности «статистика и экономическая география». После переезда в Москву в 1907 г. служил статистиком в железнодорожном ведомстве и преподавал в Народном университете Шанявского. В 1908 г. женился на Ольге Львовне Левьен, получившей образование в пансионе в Швейцарии. У них родилось трое детей — Лев, Екатерина и Вера.. В 1919 г. ЦСУ РСФСР поручило А.М. Арцимовичу организовать Губстатбюро в Могилёве, куда он и переехал с семьёй. Из-за тяжелейшего положения с продовольствием Льва и его сестру Екатерину на короткое время пришлось даже отдать в приют (из которого мальчик сбежал и несколько дней бродяжничал с беспризорниками). С 1923 г. семья обосновалась в Минске, где отец стал доцентом, профессором, а затем и заведующим кафедрой статистики и экономической географии Белорусского университета.
В 1924 г. Арцимович экстерном окончил среднюю школу и поступил на физико-математический факультет Белорусского университета, который и окончил в 1928 г. в возрасте 19 лет. 1 апреля 1930 г. он был принят в Ленинградский физико-технический институт (ЛФТИ) в рентгенографический отдел на должность препаратора. Через полгода был переведён инженером в отдел электронных явлений, которым руководил Петр Иванович Лукирский. Вначале Лев Андреевич работал в лаборатории Абрама Исааковича Алиханова, совместно с которым выполнил своё первое серьёзное научное исследование, посвящённое изучению полного внутреннего отражения рентгеновских лучей от тонких плёнок различных металлов (работа опубликована в «Zeitschrift fur Physik» в 1931 г.).
В 1933 г. Лев Андреевич женился на Марии Николаевне Флеровой, которая работала научным редактором «Большой советской энциклопедии». От этого брака родилось две дочери.
В 1934–1935 гг. Арцимович занимается физикой медленных нейтронов. Вместе с И.В. Курчатовым он впервые экспериментально доказал, что поглощение медленных нейтронов в водород-содержащих веществах обусловлено реакцией захвата нейтрона протоном. В 1937 г. по этой тематике он защищает кандидатскую диссертацию („Поглощение медленных нейтронов“). Одновременно Лев Андреевич руководит бригадой по разработке ускорительных трубок для получения электронов с энергией свыше 1 МэВ. Созданные им трубки на напряжение порядка 2 МэВ использовались в исследованиях ядерного фотоэффекта. В 1936 г. Арцимович в соавторстве с А.И. Алихановым и А.И. Алиханяном доказал сохранение импульса при аннигиляции электрона и позитрона.
В 1937–1938 гг. Арцимович исполняет обязанности заместителя директора ЛФТИ по научной работе. В 1939 г. он защищает докторскую диссертацию „Тормозное излучение быстрых электронов“, в которой экспериментально были блестяще подтверждены выводы, сделанные ранее в рамках квантовой механики. Лев Андреевич становится начальником лаборатории быстрых электронов ЛФТИ. Ему присваивается звание профессора.
С началом Великой Отечественной войны по предложению Арцимовича лаборатория переключается на разработку приборов ночного видения. В качестве первого из них был предложен электронно-оптический преобразователь с сурьмяно-цезиевым катодом, создание которого началось ещё в Ленинграде. После эвакуации ЛФТИ в Казань сотрудники лаборатории приступили к работам по многокаскадным электронно-оптическим преобразователям. На июльской сессии Отделения физико-математических наук АН СССР в 1944 г. Арцимович выступил с докладом„Электронно-оптические свойства эмиссионных систем“. В 1945 г. вместе с И.Я. Померанчуком Лев Андреевич подробно исследовал магнитотормозное излучение электронов в бетатроне.
В 1944 г. по предложению Курчатова Арцимович привлекается к работам по Атомному проекту и переходит в Лабораторию № 2 (ныне РНЦ «Курчатовский институт»), где работает до последних дней своей жизни. Он возглавляет исследования по созданию промышленной технологии электромагнитного разделения изотопов. Под его научным руководством были созданы не только опытно-промышленные разделительные установки, но и в рекордно короткий срок (менее пяти лет) на Северном Урале введён в строй специализированный комбинат «Свердловск-45».
В рамках Атомного проекта СССР для страховки параллельно разрабатывались две технологии обогащения урана — газодиффузионная и электромагнитная. К концу 1940-х годов стало ясно, что для получения больших количеств высокообогащённого урана-235 «бомбовой кондиции» (90%) предпочтителен по основным технико-экономическим показателям газодиффузионный метод. Завод по электромагнитному разделению перепрофилировали на производство изотопов других элементов. Вместе с тем, когда в 1949 г. оказалось, что газодиффузионная технология ещё не позволяет достичь требуемого уровня обогащения, окончательное дообогащение продукта с 75 до 90% для первой советской урановой бомбы было выполнено под руководством Арцимовича на электромагнитных сепараторах комбината „Свердловск-45“. За цикл работ по электромагнитному разделению Лев Андреевич в 1953 г. получил Сталинскую премию 1-й степени.
5 мая 1951 г. за подписью Сталина выходит постановление правительства о начале работ по управляемому термоядерному синтезу (УТС). Руководителем работ назначается Арцимович. В качестве первого шага в Институте атомной энергии, в отделе Арцимовича, занятого электромагнитным разделением изотопов, создаётся специальная группа для поиска подходов к решению проблемы УТС. Наряду с этим, то же самое постановление предписывает Арцимовичу продолжать уделять работам по электромагнитному разделению не менее 70% времени. Однако уже к 1953 г. Лев Андреевич оказывается полностью вовлечённым в работы по УТС. Он руководитель интенсивно расширяющейся национальной программы термоядерных исследований и в течение 20 лет возглавляет секцию по управляемому термоядерному синтезу в Научно-техническом совете Минсредмаша СССР. Лев Андреевич одним из первых понял реальную сложность проблемы УТС и необходимость создания новой области науки — физики высокотемпературной плазмы. Вся его последующая деятельность как учёного, педагога и организатора науки была связана в основном с этой проблемой.
В 1952 г. группой сотрудников Арцимовича было обнаружено явление нейтронного излучения сильноточных импульсных разрядов в дейтерии. При этом именно критический анализ полученных результатов, выполненный Львом Андреевичем, позволил избежать крайне заманчивого, но ошибочного вывода о термоядерном происхождении этих нейтронов. Позднее это явление было зарегистрировано как открытие, а Арцимович с сотрудниками в 1958 г. получил Ленинскую премию. В 1956 г. под его руководством был подготовлен доклад «О возможности создания термоядерных реакций в газовом разряде», в котором сообщалось о ведущихся в Институте атомной энергии работах по УТС. Этот доклад, с которым Курчатов в апреле 1956 г. выступил в английском атомном центре в Харуэлле, вызвал огромный резонанс, в первую очередь в Англии и США (как выяснилось позднее, там велись сходные работы также в условиях строгой секретности), и послужил толчком для развёртывания широкого международного сотрудничества в области управляемого термоядерного синтеза.
В середине 1950-х годов Лев Андреевич приходит к выводу, что наиболее перспективны для термоядерной энергетики, по крайней мере на первом этапе, системы на базе стационарных магнитных ловушек, особенно замкнутые тороидальные системы «токамак», начальная концепция которых была предложена ещё в 1950 г. И.Е. Таммом и А.Д. Сахаровым. В Институте атомной энергии под руководством Арцимовича эта концепция получила второе рождение. Была создана серия токамаков, эксперименты на которых позволили детально изучить основные особенности удержания и нагрева плазмы в таких системах. В 1968 г. при омическом нагреве плазмы на токамаке Т–ЗА температура электронов и ионов достигла 20 и 4 млн. градусов соответственно — результат, в несколько раз превосходивший мировой уровень. Полученная Арцимовичем формула для ионной температуры в центральных областях плазмы при омическом нагреве хорошо согласовывалась с экспериментальными данными. Впервые было зарегистрировано устойчивое термоядерное излучение из плазменного витка, о чём было сообщено на третьей конференции МАГАТЭ по управляемому термоядерному синтезу, которая состоялась в 1968 г. в Новосибирске. За эту работу Лев Андреевич с группой сотрудников был удостоен Государственной премии СССР.
Западные учёные отнеслись к этим результатам с явным недоверием. Тогда Лев Андреевич предложил руководителям Калэмской лаборатории физики плазмы (Англия) провести в Институте атомной энергии совместный эксперимент по измерению параметров плазмы с использованием английской диагностической аппаратуры, аналогов которой в то время у нас не было. Кроме того, в начале 1969 г. Арцимович прочитал в Массачусетском технологическом институте (США) цикл лекций о токамаках, которые, как позднее вспоминал директор Принстонской лаборатории физики плазмы Гарольд Фюрт, во многом стимулировали дальнейшее развитие термоядерных исследований в США, а также способствовали улучшению взаимопонимания в советско-американских отношениях. Совместный советско-английский эксперимент однозначно подтвердил рекордные параметры плазмы в токамаке Т–ЗА, сняв сомнения западных учёных в достоверности этих выдающихся для того времени результатов. С тех пор токамак повсюду в мире стал основным объектом в исследованиях по УТС с магнитным удержанием, а лидирующие позиции советской школы физики термоядерной плазмы получили всеобщее признание.
В исследованиях по УТС наступил новый этап: токамак стал доминирующей системой в термоядерных программах ведущих стран, Арцимович был признан лидером в этой области науки в мире. В 1970 г. он снова посетил США и провёл уже своего рода инспекцию (по мнению Фюрта) американских проектов токамаков. В ходе визита губернатор Техаса провозгласил его почётным гражданином штата.
В начале 1970-х годов Лев Андреевич инициировал в рамках программы „Токамак“ работы ещё по двум, как показало время, весьма перспективным направлениям: токамакам с вытянутым сечением плазменного шнура и использованию мощного СВЧ-излучения для нагрева и стабилизации плазмы. Именно на токамаке с вытянутым сечением плазмы (JET) в конце 90-х годов было получено термоядерное энерговыделение мощностью порядка 20 МВт. Эта же схема использована в международном проекте первого экспериментального термоядерного реактора. Уже совсем незадолго до своей смерти, в декабре 1972 г., Лев Андреевич прочитал во Французском колледже в Париже блестящий цикл лекций о возможных путях развития термоядерных исследований.
Членом-корреспондентом Академии наук СССР Арцимович был избран в 1946 г., действительным членом — в 1953 г. В 1957 г. в Академии (в значительной мере по инициативе Льва Андреевича) создаётся Отделение общей физики и астрономии, бессменным академиком-секретарём которого становится Арцимович. На этом посту он много энергии отдаёт развитию широкого круга проблем принципиального научного значения, в частности астрономии. При его активном участии на Северном Кавказе была создана Специальная астрофизическая лаборатория АН СССР с уникальным шестиметровым телескопом. После смерти Льва Андреевича Президиум АН СССР учредил премию его имени, которая регулярно присуждается за лучшие работы по экспериментальной физике.
По инициативе Арцимовича в МАГАТЭ был создан Международный совет по термоядерным исследованиям (IFRC), обеспечивающий поддержку работ по УТС не только в ведущих странах, но и в странах третьего мира. По решению этого совета в течение многих лет конференции МАГАТЭ по управляемому термоядерному синтезу открывались мемориальным докладом, посвящённым Льву Андреевичу Арцимовичу (в последние годы доклад посвящается и другим выдающимся термоядерщикам). С первым «арцимовическим» докладом на седьмой Конференции МАГАТЭ по физике плазмы и УТС в 1978 г. в Инсбруке выступил тогдашний руководитель термоядерной программы США Э. Кинтнер.
Одним из первых учёных в мире Арцимович не только осознал реальную опасность для мировой цивилизации дальнейшего накопления запасов ядерного оружия, но и предпринял конкретные усилия по сокращению этой опасности. Он был одним из основателей и активных участников Пагуошского движения — всемирного форума учёных, поставившего перед правительством разных стран вопрос о необходимости сокращения ядерных вооружений.
Более 40 лет Лев Андреевич увлечённо занимался педагогической деятельностью, которую он начал ещё в 1930 г. в Ленинградском электротехническом институте. Его, как блестящего лектора, обладающего даром чётко и ясно излагать наиболее сложные вопросы современной физики, всегда с огромным интересом слушали в разные годы студенты Ленинградского политехнического института, Московского инженерно-физического института и Московского университета. В 1954 г. Л.А. Арцимовича приглашают организовать кафедру атомной физики на физфаке МГУ. Этому предшествовали бурные события, о которых можно узнать из воспоминаний коллег и учеников Льва Андреевича: «В декабре 1953 года в Президиум ЦК КПСС Г. М. Маленкову и Н. С. Хрущеву было направлено письмо, подписанное министром культуры СССР П. К. Пономаренко, министром среднего машиностроения В. А. Малышевым, президентом АН СССР А. Н. Несмеяновым и академиком – секретарем физико-математического отделения АН СССР М. В. Келдышем. В письме был дан анализ положения на физическом факультете. В письме отмечалось: «В общей структуре факультета отсутствуют кафедры по таким важнейшим и основным разделам современной физики как строение атома, строение атомного ядра, свойства элементарных частиц»… (После этого) по решению ЦК КПСС создается специальная комиссия под руководством «атомного» министра В. М. Малышева с целью проверки подготовки научных кадров на физфаке МГУ. Комиссия работала до августа 1954 года и приняла решения, резко изменившие положение на факультете… С осени 1954 года для всех отделений начинают читать курсы Арцимович, Леонтович, Кикоин, Ландау, Лукьянов, Шальников, работающие в атомном и ракетном проектах». [2]
Привлекая своих учеников, Лев Андреевич создает на физическом факультете кафедру атомной физики и электронных явлений и руководит кафедрой до 1973 г. Бывший сотрудник кафедры Л.А. Арцимовича на физфаке МГУ проф. В.Н. Лазукин вспоминал: «Уже с сентября 1954 года начались регулярные лекции и семинары по курсу атомной физики на двух потоках 3-го курса (18 учебных групп, около 470 студентов) и занятия в практикуме, пока еще весьма бедном, насчитывавшем всего шесть установок, большая часть которых была собрана из приборов и деталей, переданных на факультет Институтом атомной энергии». Инициатором такой помощи всегда был Лев Андреевич.
В течение многих лет Л.А. Арцимович читает созданный им общефакультетский курс «Атомная физика» и спецкурсы «Физика плазмы», «Дополнительные главы атомной физики». В воспоминаниях проф. В.Н. Лазукина мы находим блестящую характеристику особенностей лекторского мастерства Льва Андреевича: «необыкновенно глубокое, ясное и исчерпывающее знание предмета, позволявшее очень свободно и порой очень оригинально изложить суть обсуждаемого вопроса; образный, простой, по-настоящему литературный язык с умелым использованием всех его тонкостей; умеренное, но яркое и всегда уместное использование элементов юмора; умение установить с подавляющим большинством аудитории контакт и держать это большинство в рабочем состоянии все два лекционных часа; очень умелое пользование доской, четкое, безошибочное и легко обозримое написание всех необходимых соотношений и изображение схем и графиков; очень высокий темп изложения материала, требовавший большой работы от слушателей, записывавших лекции; феноменальная память, позволявшая Льву Андреевичу не только никогда не пользоваться записками, но и приводить нужные константы с той точностью, которая порой поражала аудиторию, например, выписывались при изложении основ масс-спектрометрии массовые числа не менее чем 15 изотопов наиболее важных элементов с точностью до шестого-седьмого десятичного знака… Все эти качества довольно быстро снискали Льву Андреевичу репутацию одного из лучших лекторов университета».[3] Однажды студент кафедры Л.А. Арцимовича Л.Г. Голубчиков, ставший впоследствии советником по науке УТС Центра при РНЦ КИ, «заспорил с Л. А. о целесообразности хранить в памяти множество констант, и он … прочитал целую лекцию для всей группы о необходимости быстрой первичной оценки любой новой идеи с тем, чтобы убедиться в ее принципиальной реализуемости в «нулевом» приближении, прежде чем начинать ее обсуждение всерьез. А это без знания основных физических констант сделать трудно»[4].
Львом Андреевичем был написан целый ряд учебных пособий: «Управляемые термоядерные реакции», «Замкнутые плазменные конфигурации», «Элементарная физика плазмы», «Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях», «Что каждый физик должен знать о плазме» и др. «На протяжении почти двух десятилетий руководства кафедрой Л. А. Арцимович уделял много внимания и сил совершенствованию ее учебной и воспитательной работы. Достаточно сказать, что первые 12 лет он регулярно читал общий и специальные курсы, проводил регулярные заседания кафедры, принимал экзамены, участвовал во встречах со студентами, посвященных тем или иным воспитательным мероприятиям, даже посещал общежития, причем делал все это с присущей ему энергией и активностью, неизменно становясь центром любых… мероприятий <…> В преподавании Лев Андреевич видел важную часть заботы о развитии науки, о ее будущем. «Подготовка и отбор в науку наиболее талантливых молодых людей,– говорил он,– есть главное, за что следует кормить хлебом преподавателей. Все остальное в их работе – дело второстепенное»».[5]
Через несколько лет после образования кафедры Арцимович поручает И.М. Подгорному и В.Д. Письменному создать при кафедре лабораторию термоядерного синтеза. Такой лаборатории тогда не существовало ни в одном университете мира. Работавшие в этой лаборатории студенты и аспиранты впоследствии стали крупными руководителями науки в Польше, Чехословакии, США и в других странах. Это был первый опыт международного сотрудничества в области термоядерного синтеза.
В начале 60-х годов на кафедре начинаются активные исследования газоразрядных лазеров, рабочей средой которых является низкотемпературная плазма. Для развития работ в этом новом направлении в 1966 году по инициативе Арцимовича в НИИ Ядерной физики МГУ создается лаборатория физики плазмы, выросшая из кафедральной лаборатории термоядерного синтеза. Развитие новых научных направлений на кафедре отразилось в видоизменении названия кафедры. Сегодня это кафедра атомной физики, физики плазмы и микроэлектроники на физическом факультете МГУ. Созданная же в НИИЯФ лаборатория физики плазмы была преобразована в 1989 году в отдел микроэлектроники, в котором сегодня под руководством учеников Льва Андреевича Арцимовича работает коллектив, являющийся одним из ведущих в мире в области исследований плазменных процессов в микро- и нанотехнологии.
Народная молва приписывает Льву Андреевичу авторство остроумного высказывания: «Наука — лучший способ удовлетворения личного любопытства за государственный счет». Ему же принадлежат такие слова: «Наука находится на ладони государства и согревается теплом этой ладони. Конечно, это не благотворительность, а результат ясного понимания значения науки... При этом государство не может позволить себе играть роль доброго богатого дядюшки, покорно вынимающего из кармана миллион за миллионом по первой просьбе ученых. Вместе с тем скупость в финансировании действительно важных научных исследований может привести к нарушению жизненных интересов государства».
Скончался Лев Андреевич 1 марта 1973 г. в Москве на 65 году жизни от тяжёлого сердечного заболевания, которым он страдал в последние годы, но, тем не менее, не прерывал своей активной деятельности. Он похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.
Заслуги академика Л.А. Арцимовича были высоко оценены в нашей стране. Он был награждён четырьмя орденами Ленина и двумя орденами Трудового Красного Знамени. В 1969 г. ему было присвоено звание Героя Социалистического Труда. Одна из улиц Москвы носит его имя. На стене здания, где жил ученый (ул. Академика Петровского, д. 3) была установлена мемориальная доска. В 1973 г. его именем был назван кратер на Луне, а в 1974 г. Почтой СССР была выпущена почтовая марка с изображением Л. А. Арцимовича.
[1] Токамак (тороидальная камера с магнитными катушками) — тороидальная установка для магнитного удержания плазмы с целью достижения условий, необходимых для протекания управляемого термоядерного синтеза.
[2] Е.П. Горбунов «Лектор и научный руководитель». В сборнике «Академик Лев Андреевич Арцимович (воспоминания, статьи, документы)». Физматлит. 2009. C. 189.
[3] В.Н. Лазукин “В Московском университете”. В сборнике «Академик Лев Андреевич Арцимович (воспоминания, статьи, документы)». Физматлит. 2009. C. 183.
[4] Л.Г. Голубчиков «Учитель и руководитель». В сборнике «Академик Лев Андреевич Арцимович (воспоминания, статьи, документы)». Физматлит. 2009. C. 193.
[5] Ibid. Ссылка 3.