История в судьбах

Исполнилось 80 лет советнику при дирекции Лаборатории нейтронной физики доктору, физико-математических наук, профессору Юрию Сергеевичу Замятнину. В его жизни, трудовой и научной биографии отразились “этапы большого пути” становления и развития отечественной ядерной физики, прикладных исследований, советского атомного проекта, экспериментальной базы нашей фундаментальной науки. Целиком человеческую жизнь и судьбу со всеми ее радостями и горестями, крутыми поворотами и неожиданными встречами не вместить в газетный материал. Попытаемся рассказать хотя бы об основных событиях удивительной биографии Юрия Сергеевича.

На физфак МГУ Юрий Сергеевич поступил в 1938 году. Его курс был богат сильными студентами и, как показало время, достаточно именитыми. На курсе учились три будущих академика – А.Д.Сахаров, Е.И.Забабахин, А.С.Боровик-Романов, а также хорошо известные в Дубне Б.Г.Ерозолимский, С.М.Шапиро. С началом войны в 1941 году большинство третьекурсников призвали учиться в военную академию им. Жуковского, а те, кто не прошел по здоровью, в том числе Замятнин и Сахаров, в дальнейшем работали на военных заводах. Юрий Сергеевич одновременно с работой продолжал, по возможности, заниматься и физикой, а, вернувшись из эвакуации в Москву в 1944 году, сдал экзамены за четвертый и пятый курсы университета и стал слушателем спецкурса, готовившего в 1945 г. в МГУ первую группу физиков-ядерщиков. Лекции студентам спецкурса читали выдающиеся ученые – Д.В.Скобельцын, И.М.Франк, В.И.Векслер, Л.В.Грошев, С.Н.Вернов, заложившие слушателям основы ядерной науки. А среди слушателей были также Ф.Л.Шапиро, М.И.Подгорецкий и другие известные в ОИЯИ люди.

Однако попытки Ю.С.Замятнина в начале 1945 г. уволиться с авиационного завода и полностью посвятить себя физике не удавались. Тогда он набрался смелости обратиться за поддержкой к И.В.Курчатову, который в то время имел возможность отзывать нужных ему физиков из армии для работ по атомной проблеме. После беседы с Курчатовым, через несколько месяцев, на завод пришло распоряжение “откомандировать Ю.С.Замятнина в распоряжение НКВД СССР”, вызвавшее там немалое удивление, но вопрос был решен, и Юрий Сергеевич с июня 1945 г. был зачислен в штат Лаборатории № 2 АН СССР на половину ставки (до завершения учебы в МГУ).

Следующий поворот судьбы произошел в начале 1948 г., когда руководство лаборатории предложило Юрию Сергеевичу поехать в составе группы Г.Н.Флерова (по-видимому, по его инициативе) на “объект”, чтобы заняться непосредственно оружейными делами. В состав группы вошли еще два физика из лаборатории – Д.П.Ширшов и А.А.Березин. Остальных – механиков, радистов и лаборантов подбирал на месте отдел кадров. Так с апреля 1948 года Ю.С.Замятнин начал работать в КБ-11 (Арзамас-16), научным руководителем которого был Ю.Б.Харитон. Командировка в Арзамас, планируемая на 9 месяцев, вылилась для него в 18 лет жизни и работы на “объекте”.

Основной задачей группы Флерова было определение различных ядерных констант, необходимых для расчета и осуществления цепной реакции деления на быстрых нейтронах, а, в конечном счете, измерение критической массы плутония, необходимой для развития незатухающей цепной реакции. Замятнину Г.Н.Флеров поручил заняться изучением энергетического спектра нейтронов, образующихся при делении ядер. Эти данные были получены им на два года раньше первых американских публикаций о спектрах нейтронов деления.

Летом 1949 года группа Флерова выехала на комбинат “Маяк”, где наработанный в ядерных реакторах плутоний был выделен и превращен в металлическую фазу. Экспериментируя с полученными полусферами из плутония и отражателями из урана на специальном стенде, впервые удалось осуществить незатухающую цепную реакцию на быстрых нейтронах (без замедлителя). (Подробнее эти эксперименты описаны в статье Ю.С.Замятнина в журнале “Вопросы истории естествознания и техники”, N 2, 1996 год). Вскоре, осенью того же года, первая атомная бомба с плутонием была успешно испытана на Семипалатинском полигоне.

С 1950 года Ю.С.Замятнин принимает участие в экспериментах, связанных с разработкой термоядерного оружия: определение сечений деления ядер D+T нейтронами с энергией 14 МэВ, а также изучение выхода осколков деления в зависимости от энергии нейтронов, вызывающих деление урана и плутония. Эти исследования позволили разработать метод определения доли энергии взрыва за счет термоядерных нейтронов, так как выход осколков резко изменялся от энергии нейтронов.

Этот метод был использован при испытаниях первой советской водородной бомбы в 1953 году, в которых участвовал и Ю.С.Замятнин. Для практического осуществления задачи требовалось собрать часть продуктов взрыва, выделить из них осколки деления и по результатам измерений их активности сделать соответствующие выводы. Сбор продуктов взрыва производился с помощью специального самолета, снабженного фильтрами Петрянова и пролетающего через облако после взрыва, а также сбором активности, выпавшей по следу облака. Собранная активность обрабатывалась радиохимиками и измерялась физиками, как приехавшими с “объекта”, так и военнослужащими полигона. Результаты этих измерений позволили оценить вклад термоядерных реакций в общее энерговыделение.

В 50-х годах Юрий Сергеевич со своими коллегами занимается разработкой аппаратуры, предназначенной для регистрации нейтронов при взрывных процессах. Первая разработанная ими аппаратура была использована в 1954 году для проверки идеи получения выхода термоядерных нейтронов в процессе сжатия дейтериево-тритиевой смеси сходящейся ударной волной обычного взрывчатого вещества. В серии опытов была показана возможность получения таким образом выхода 108-1011 нейтронов за импульс.

Позднее разработанные приборы в течение нескольких лет использовались Ю.С.Замятниным и его сотрудниками на Семипалатинском полигоне для измерения импульсных нейтронных потоков, образующихся при воздушных и подземных ядерных взрывах.

Наиболее плодотворным оказалось применение этой аппаратуры в 60-е годы в период запрета ядерных испытаний. По предложению Я.Б.Зельдовича была проведена серия взрывных опытов с пониженным содержанием делящегося материала, при которых развивающаяся цепная реакция не приводила к макроскопическому выделению ядерной энергии – так называемые опыты с НЦР.

Эти опыты позволяли проверять работоспособность различных конструкций ядерных зарядов, а, кроме того, изучать различные газодинамические характеристики, сжимаемость активного материала при сверхвысоких давлениях. При этом развитие цепной реакции и соответственно степень сжатия активного материала регистрировались по выходу нейтронов в диапазоне от 107 до 1017 нейтронов в импульсе. Опыты НЦР, проводимые группой Ю.С.Замятнина совместно со специалистами-газодинамиками, которыми руководил Л.В.Альтшулер, позволили получать необходимые газодинамические характеристики с очень высокой точностью, так как их изменение на 1-2 процента изменяло выход нейтронов почти в 10 раз.

Кроме полигонных опытов, Юрий Сергеевич продолжал совершенствовать методики измерения ядерных констант. По его инициативе в 50-х годах было начато проектирование линейного ускорителя электронов для создания нейтронного спектрометра по времени пролета быстрых нейтронов. Сначала это был небольшой ускоритель на 15 МэВ, на котором нейтроны получались за счет фотоядерных реакций захвата и деления. Позднее это направление получило развитие, и уже после отъезда Замятнина из Арзамаса на новом ускорителе с энергией 50 МэВ его бывшими сотрудниками были проведены измерения, высоко оцененные в научных кругах, а полученные данные вошли в библиотеки ядерных констант.

В эти же годы, при активной поддержке Ю.С.Замятнина, в Арзамасе было начато создание электромагнитного сепаратора для разделения изотопов высокоактивных трансурановых элементов, впоследствии обеспечивавшего изотопами ряд институтов в Союзе и Европе, занимавшихся изучением ядерных характеристик разделенных изотопов.

Приехав в Арзамас младшим научным сотрудником, через три года Ю.С.Замятнин уже руководил отделом. В последние годы работы в Арзамасе он был научным руководителем 4-го сектора (это примерно 500-600 сотрудников).

НИИ атомных реакторов, расположенный вблизи Мелекеса (позднее - Димитровград) обладал высокопоточным исследовательским ядерным реактором СМ-2, позволяющим получать в центральном канале потоки нейтронов более 1015 н/см2с. Такой реактор предоставлял широкие возможности для проведения ядерно-физических исследований с нейтронами и позволял за сравнительно небольшие сроки накапливать в реакторе изотопы тяжелых элементов путем реакций многократного захвата нейтронов. Юрий Сергеевич поставил целью наиболее эффективно использовать эти возможности.

Совместно с С.М.Калебиным (ИТЭФ, Москва) на выведенном нейтронном пучке реактора был установлен уникальный нейтронный прерыватель с синхронно вращающимися роторами на магнитной подвеске. Это позволило им провести цикл измерений на малых образцах изотопов америция и кюрия структуры нейтронных сечений в резонансной области энергий. Позднее такие измерения были выполнены и на высокоактивных образцах ряда продуктов деления. Активную поддержку Юрий Сергеевич оказал группе А.В.Стрелкова, приехавшей в НИИАР из Дубны и занимавшейся изучением свойств недавно открытых ультрахолодных нейтронов. Для этих целей он создал в своем отделе специальную группу.

Однако главное внимание Ю.С.Замятнина было уделено организации получения на реакторе трансплутониевых элементов. Первые образцы плутония были поставлены на облучение в реактор по инициативе И.В.Курчатова. Впоследствии эта деятельность превратилась в сложный многоступенчатый процесс: изготовление мишеней из стартового материала, облучение их в реакторе, радиохимическое отделение образовавшихся новых элементов (америция и кюрия) от продуктов деления и их концентрация для получения материала, служащего стартовым в мишенях следующего поколения, и так до получения калифорния-252. Этот изотоп, являющийся мощным источником нейтронов спонтанного деления, находил и находит широкое применение у физиков, геологов, медиков как в нашей стране, так и за рубежом.

Созданная в НИИАР установка, выросшая со временем в большое отделение института, стала единственным производителем изотопов для потребностей СССР, а также для многих заинтересованных западных стран. До сих пор эти изотопы используют в своих экспериментах физики ЛЯР и ЛНФ ОИЯИ. Трансурановое направление и физические исследования были кругом обязанностей Ю.С.Замятнина в качестве заместителя директора НИИАР.

В 1976 году, опять при активном участии Г.Н.Флерова, Юрий Сергеевич перешел работать в ЛЯР ОИЯИ начальником отдела прикладной ядерной физики (ОПЯФ). Вначале он занимался разработкой методик и созданием различных типов ядерных фильтров. К сожалению, эта технология не была со временем передана в промышленное производство, хотя для этого были созданы все условия, и имелись договоренности с руководством одного из подмосковных заводов. Следующей задачей была разработка методик активационного анализа с применением бетатрона ЛЯР: его тормозного излучения и резонансных нейтронов, а также мощных источников фотонейтронов на основе изотопа 124Sb. Эта тематика была связана с задачей Г.Н.Флерова по поиску сверхтяжелых элементов в природе. Однако разработанные комплексные методики гамма и нейтронного активационного анализа успешно использовались и для поиска полезных ископаемых (золота, меди, урана и других элементов) в рудах не только в Советском Союзе, но и в Чехословакии, Монголии и на Кубе.

В 1984 году Юрий Сергеевич перешел работать в ЛНФ (на этот раз по собственной инициативе) и начал заниматься нейтронной спектрометрией на реакторе ИБР-30 и изучением кластерной радиоактивности тяжелых ядер, начатым еще в ЛЯР. Затем последовали работы по определению множественности гамма-квантов при захвате резонансных нейтронов и определению спинов резонансов, определению сечений при подпороговом делении ряда тяжелых ядер и определении выхода запаздывающих нейтронов и кривых спада их активности.

Изменились ли ваши научные интересы за последние годы, что привлекает сегодня?

Я думаю, что в крупном плане изменений нет, – это нейтронная физика и физика деления ядер. Более узкие задачи, естественно, меняются. В настоящее время актуальной задачей является трансмутация долгоживущих ядерных отходов. Как ни парадоксально, эта задача является, в какой-то степени, обратной тому, чем мы занимались в НИИАР. Если тогда мы стремились накапливать изотопы трансплутониевых элементов, то теперь стоит задача их выжигания, а процессы трансмутации и их расчеты аналогичны. Необходимо только выбрать условия для оптимального течения этих процессов.

Кого из известных физиков, с кем вам довелось работать, вы могли бы назвать своим учителем?

Мне очень повезло, что я работал с такими крупными физиками и яркими личностями, как Курчатов, Харитон, Флеров, Зельдович, Сахаров. Больше всего мне приходилось контактировать с Юлием Борисовичем Харитоном, с ним мы много общались. Из-за своей занятости он часто приглашал обсудить какую-то проблему в нерабочее время к себе домой, а при поездках в Москву обсуждения продолжались в его салон-вагоне. Яков Борисович Зельдович, будучи теоретиком, очень хорошо понимал эксперимент, с ним можно было обсуждать любые экспериментальные проблемы, и он предлагал много полезного для экспериментов.

Вы работали в нескольких институтах, имея за плечами при очередном переходе полученные результаты, созданные установки, сплоченные коллективы. Что сегодня кажется наиболее значимым?

Особенно плодотворными были годы работы в Арзамасе. Помимо весьма актуальных в то время полигонных измерений, это продолжавшаяся затем в НИИАР организация производства получения и разделения изотопов тяжелых элементов, необходимая для изучения их ядерно-физических характеристик. Определение ядерных констант и разработка методов их измерения всегда оставалась одной из основных задач моей научной деятельности. Я и сейчас являюсь членом Комиссии по ядерным данным при Министерстве атомной промышленности. А результаты – вот они, в справочниках. (Юрий Сергеевич с гордостью показывает старую, уже потрепанную книжку “Основные характеристики изотопов тяжелых элементов” и свеженький Шпрингеровский том “Физика нейтронов низких энергий”.)

Еще был, на мой взгляд, полезный период – это моя работа в трансурановой комиссии Средмаша. Работа тогда была организована очень эффективно: составлялся план по проблеме накопления трансурановых элементов вплоть до калифорния, который утверждался Е.П.Славским, все институты, связанные технологически, четко работали в цепочке. А когда в этом взаимодействии возникла финансовая сторона, то все, в конечном итоге, развалилось.

Но, конечно, все в жизни удачно не бывает, осталась неудовлетворенность и некоторыми периодами работы. Но живем, все-таки, надеждами и перспективами, а иначе нельзя.

Материал подготовила Ольга Тарантина