К 50-летию Лаборатории высоких энергий

На наших глазах столько великих людей позабыто, что нужно предпринять нечто поистине монументальное, дабы сохраниться в памяти человеческой.

Ривароль

В 1949 году в СССР в Гидротехнической лаборатории (ГТЛ) был запущен первый и самый крупный синхроциклотрон - ускоритель дейтронов, альфа-частиц и протонов. Принцип его работы был основан на идее автофазировки В.И.Векслера. Открытие группой С.Ф.Пауэла в 1947 году положительно заряженного пи-мезона в космических лучах, получение заряженных пионов в 1948 году в лабораторных условиях в Беркли послужили основанием для систематических исследований по физике элементарных частиц. Первые эксперименты на синхроциклотроне под руководством М.Г.Мещерякова, В.П.Джелепова, М.С.Козодаева и Б.М.Понтекорво положили начало новой области исследований в физике высоких энергий и элементарных частиц в СССР на ускорителях тяжелых частиц. Следующим шагом в этом направлении было сооружение синхрофазотрона и эксперименты при энергии ускоренных протонов, не достижимой ни на одном ускорителе мира. Это стало осуществлением мечты В.И.Векслера о создании самого крупного в мире ускорителя.

Поиск антипротона, в существовании которого не было никаких сомнений, конечно, был одной из главных задач создаваемого ускорителя. К моменту утверждения проекта синхрофазотрона на существовавших ускорителях мира антипротон не мог быть открыт из-за недостаточной энергии ускоренных протонов.

При подготовке к пуску синхрофазотрона необходимо было разработать программу работ и создать соответствующую экспериментальную базу. Богатый опыт проведения экспериментов по физике космических лучей и руководства Памирской космической станцией, широкий научный кругозор, творческое общение с выдающимися учеными, в первую очередь ФИАНа, позволили Владимиру Иосифовичу Векслеру выделить основные направления программы, методов исследований и создания соответствующих приборов и аппаратуры для физических исследований.

Вначале предполагалось использование традиционных методов: камер Вильсона, толстослойных эмульсий и электронных методик. В ФИАНе готовился персонал инженеров и научных сотрудников, способных выполнить поставленные задачи. В основном выбор пал на молодых выпускников вузов. Ядро специалистов составили выпускники физического факультета МГУ 1951 года, в дальнейшем в основном пополнение шло также из выпускников физфака МГУ 1952-1956 годов. После завершения строительства жилых и лабораторных зданий, официального утверждения организации, занимающейся строительством нового ускорителя и получившей название Техническая дирекция строительства-533 (ТДС-533), уже набранный персонал в 1953 году был переведен в будущую Дубну.

Конструирование и изготовление камеры Вильсона со всей аппаратурой управления и фотографирования было поручено группе Э.В.Козубского. Группа консультировалась с фиановскими физиками - специалистами по камерной методике и активно с ними сотрудничала. Для использования камеры в магнитном поле необходимо было оснастить лабораторию электромагнитами. Электромагниты и линзы различных назначений и размеров были необходимы и для оснащения будущих каналов частиц. Подготовку задания на эти устройства, курирование заказов на изготовление выполнял Э.В.Козубский. Он же обеспечил выполнение заказов на расчет и изготовление фотообъективов в Ленинграде в Институте точной механики и оптики (ЛИТМО), руководимом М.М.Русиновым - разработчиком знаменитых объективов "Руссар" для авиационной фотосъемки. В дальнейшем все пузырьковые камеры ЛВЭ оснащались объективами "Руссар", изготовленными в ЛИТМО.

Создание камеры Вильсона было завершено под руководством Л.Н.Струнова. Им был предложен и осуществлен специальный режим ее работы, при котором регистрировались только сильноионизирующие частицы. Этим методом был впервые исследован процесс рассеяния пионов на водороде на малые углы. Результаты имели принципиально важное значение для проверки основополагающих принципов теории. В эту камерную группу после окончания физфака МГУ пришел М.И.Соловьев, который активно включился в методические исследования и возглавил программу создания серии пропановых пузырьковых камер. Здесь уместно отметить, что приоритет создания первой в практике ОИЯИ пузырьковой камеры принадлежит группе сотрудников ЛЯП ОИЯИ, которая возглавлялась М.П.Баландиным.

К моменту пуска синхрофазотрона в апреле 1957 года единственно доступными для исследований на внутреннем пучке оказались ядерные фотоэмульсии, сыгравшие большую роль в первых экспериментах на синхрофазотроне. В то время уже был опыт применения толстослойных фотоэмульсий при исследовании космических лучей на Памирской станции при подъеме стопок фотоэмульсий на самолетах и шарах-пилотах в верхние слои атмосферы. Методом фотоэмульсий проводились исследования и на синхроциклотроне ГТЛ.

Организация фотоэмульсионной группы была поручена Н.М.Вирясову. Из ФИАНа по приглашению Владимира Иосифовича в лабораторию перешли P.M.Лебедев, а также М.И.Подгорецкий и К.Д.Толстов, возглавившие два фотоэмульсионных сектора. Чуть позже в лабораторию перешел И.М.Граменицкий, имевший большой опыт работы с толстослойными эмульсиями. В дальнейшем P.M.Лебедев и И.М.Граменицкий создали научные международные коллаборации, в которых велись исследования с помощью жидководородных пузырьковых камер.

В научно-исследовательском кино-фото-институте (НИКФИ) была создана методика изготовления толстослойных фотоэмульсий и организовано их производство. Методика их обработки создавалась в Институте атомной энергии, ФИАНе и НИКФИ. В ТДС-533 был создан проявочный центр, организаторами которого были Н.А.Лонина, А.К.Попова, затем С.И.Любомилов и Л.А.Бокова.

Для подготовки электронных экспериментов по прямому указанию В.И. Векслера в группе, руководимой М.Н.Медведевым, в 1953 года началась активная разработка методов получения различных сцинтилляторов. Разработку возглавили Е.Н.Матвеева, Л.Я.Жильцова и О.Г.Рубина. В это время фактически не было промышленного производства сцинтилляторов, лишь в некоторых институтах Москвы, Ленинграда и Харькова в этом направлении проводились лабораторные исследования. В экспериментах на американских ускорителях начали применять сцинтилляционные счетчики на основе неорганических, кристаллических органических сцинтилляторов и сцинтилляторов на основе жидких и твердых растворов.

Опыт исследований, выполненных в ТДС-533, а также мировой научный опыт позволили выбрать наиболее перспективное направление изготовление сцинтилляторов на основе твердого раствора, получаемого путем полимеризации стирола с растворенными в нем сцинтиллирующими соединениями. При создании технологии широко использовались консультации и обмен опытом со специалистами институтов Москвы, Ленинграда, Харькова и Сухуми. На первом этапе разработки технологии даже сцинтиллирующие добавки, например p-терфенил, синтезировались в группе химиков. На основе спектрофотометрических исследований, выполненных Л.Я.Жильцовой, измерения спектров излучения тонких микронных образцов методом, разработанным автором этой статьи, была отработана технология и началось практически массовое производство пластмассовых сцинтилляторов, которые по своим свойствам не уступали, да и теперь не уступают лучшим зарубежным фирменным образцам. Производство сцинтилляторов обеспечило постановку всех электронных и камерных экспериментов ЛВЭ на синхрофазотроне, а в дальнейшем на Серпуховском и ряде зарубежных ускорителей. Коллективом химической группы были выполнены многочисленные и разнообразные заказы институтов и организаций стран-участниц ОИЯИ, в частности, большой заказ на оснащение сцинтилляторами Баксанской нейтринной лаборатории.

Истории разработки сцинтилляторов отведено столько места, поскольку без сцинтилляционных счетчиков практически не обходится ни один эксперимент на ускорителях. К этому времени (1953 год) промышленностью был освоен выпуск фотоэлектронного умножителя ФЭУ-19, а для ликвидации обратных положительных связей между диодами и катодом освоен выпуск умножителя с "перетяжкой" ФЭУ-19м. Фотоумножители можно было заказать, но их характеристики - спектральная чувствительность и коэффициент умножения - имели очень большой разброс. С каждым умножителем было необходимо "знакомиться лично" и отбирать в соответствии с условиями эксперимента. Таким образом, была создана основа для постановки электронных методов исследований - сцинтиляционный счетчик, состоящий из пластмассового сцинтиллятора и фотоумножителя.

Параллельно велись разработка и создание электронной аппаратуры: источников питания, широкополосных усилителей, формирователей импульсов, разветвителей, схем совпадений, электронных счетных устройств и даже высоковольтных источников напряжений. Работы в этом направлении велись под руководством А.С.Гаврилова. Над разработкой и изготовлением электронной аппаратуры: первоначально ламповой, а затем полупроводниковой, полупроводниковой гибридной и микросхемной, - трудился сильный коллектив инженеров, техников, монтажников. Различными направлениями руководили, создавая оригинальную аппаратуру, А.Ф.Грачев, С.С.Кириллов, Н.С.Мороз и многие другие.

Прежде чем переходить к истории постановки первых электронных экспериментов на синхрофазотроне, немного и о себе. В январе 1943 года, когда мне исполнилось 17 лет, из десятого класса я был призван в ряды Красной Армии, в марте 1948 года был демобилизован и в том же году поступил на физфак МГУ.

В 1951 году мы - несколько студентов третьего курса, в том числе В.П.Саранцев, решили поехать в качестве рабочих-лаборантов в экспедицию на Памир, где исследовались широкие атмосферные ливни. С одной стороны, очень хотелось побывать в горах, на "Крыше Мира", немножко заработать, но самое главное - увидеть, чем занимаются ученые-космики.

Лично меня заинтересовала возможность воочию познакомиться с лучами из галактических глубин. В 1937 году двенадцатилетним школьником я прочитал в журнале "Техника - молодежи" очень интересную статью о космических лучах, опубликованную в связи с присуждением в 1936 году физикам К.Д.Андерсону и В.Ф.Гессу Нобелевской премии за открытие и исследования космических лучей. Хотя В.Ф.Гесс открыл неизвестное излучение еще в 1912 году, этому, по-видимому, в то время не придали большого значения. По аналогии с X-лучами Рентгена это излучение Р.Милликен назвал космическими лучами.

В лаборатории космических лучей в ФИАНе студенты знакомились с аппаратурой, с которой предстояло работать в высокогорье, готовились досрочно сдать сессию: начало работы - июнь. Вот мы уже на Памире. Место, где располагалась экспедиция, оказалось очень живописным. Здесь в "поселке" Чечекты находилась Памирская биологическая станция, и в 1944 году В.И.Векслером была организована постоянно действующая экспедиция ФИАНа. За станцией была видна вечно снежная вершина горы Зор, недалеко от нее - вторая, менее высокая, - Мухор, а напротив станции за дорогой, соединяющей Ош с Хорогом, - небольшая гора, названная биологами пиком Комарова в честь президента АН СССР академика ботаника В.Л.Комарова. С гор из-под ледников текла быстрая речушка Чечектинка. На вершине Зора физики устанавливали для исследований фотоэмульсии, которые с большими предосторожностями в сухом льду привозили из Ленинграда.

Одной из установок экспедиции была камера Вильсона в магнитном поле. В.Ф.Вишневский, который впоследствии работал в ЛВЭ ОИЯИ, проводил исследования космических лучей на аппаратуре, погружаемой в глубины озера, находившегося на расстоянии нескольких десятков километров от станции.

В декабре 1953 года после окончания физфака МГУ мы вместе с женой М.Г.Шафрановой были распределены в один из подмосковных "ящиков". Нам предстояла работа совсем не по специальности: мне пришлось бы заниматься полупроводниковой техникой, с которой я был практически мало знаком, и которая только начинала разрабатываться и внедряться. "Не корысти ради, а токмо волею пославшей мя жены", я обратился к Владимиру Иосифовичу с просьбой о распределении нас в ТДС-533. Все переговоры в основном велись по телефону с референтом Владимира Иосифовича. Раза два или три я разговаривал с ним самим, когда Векслер находился в ФИАНе. Несмотря на большую занятость, он принял горячее участие в наших судьбах. Так в марте 1954 года я стал инженером ТДС-533.

(Окончание в следующем номере.)