Как появилась химическая физика: институт Николая Семенова

Николай Николаевич Семенов — один из крупнейших советских ученых, основатель Института химической физики. Нобелевскую премию по химии он получит уже после войны, в 1956 году, за работы о механизме цепных реакций. Но к началу Великой Отечественной его исследования в этой области уже имели прямое практическое значение: Семенов изучал, как начинается горение, как оно переходит во взрыв, почему одни процессы затухают, а другие развиваются лавинообразно.

От горения к детонации

Главная тема работ Семенова — реакции, которые могут сами себя ускорять.

В обычном случае вещества взаимодействуют и реакция прекращается. В цепной реакции активные частицы, возникающие в процессе, запускают новые превращения, а те — следующие. Так маленький начальный толчок может привести к резкому ускорению процесса, вспышке или взрыву.

Эти принципы напрямую проявлялись в технике. Например, горение топлива в двигателе тоже может идти по-разному. В нормальном режиме топливо сгорает управляемо и дает двигателю мощность. Но если смесь начинает взрываться преждевременно и неравномерно, возникает детонация: двигатель теряет эффективность, перегревается, разрушается, а самолет или танк получает риск отказа в самый опасный момент.

Семенов занимался изучением сгорания топлива в двигателях, чтобы подобрать условия получения топлива, устойчивого к детонации. В результате его исследований был создан электроакустический индикатор детонации, который устанавливали непосредственно на авиамоторах. Этот прибор позволял оценивать детонационные свойства топлива — то есть считывать опасный режим работы двигателя и понимать, насколько топливо пригодно. Так фундаментальная химическая физика превращалась в конкретную военную задачу.

Как создавалась школа

Еще в 1920-е годы Семенов собрал вокруг себя единомышленников. В его лаборатории работали молодые ученые, позже ставшие ключевыми фигурами советской науки. Так, к примеру, здесь начинал свои работу  Яков Зельдович, благодаря которому советская боевая машина реактивной артиллерии «Катюша» стала знаменитой на весь мир.  

Юлий Харитон — в будущем один из руководителей советского атомного проекта — вспоминал, как все начиналось:

«И вот для нас троих Н.Н. выделил небольшую площадь. Мы начали ее осваивать с того, что поставили там печку-буржуйку, сами доставали для нее и кололи дрова. Н.Н. часто заходил к нам и рассказывал о своих поездках в Москву, где ему приходилось заниматься разными организационными вопросами. С тех пор он у меня в памяти запечатлелся как вечный строитель». [1]

Постепенно небольшая группа превращалась в полноценную научную среду. При этом сама среда вокруг долго оставалась нестабильной и требовала постоянного усилия:

«Когда-то в этом здании был дом для престарелых или что-то подобное. Оно за годы гражданской войны было сильно разрушено; кроме того, его комнаты надо было превратить в лаборатории. Отлично помню, как со старой подводной лодки Н.Н. раздобыл аккумуляторы, стабильные и мощные, где-то достал прекрасные мраморные доски с рубильниками; к зданию подключили постоянный и переменный ток». [1]

Практика быстро перестраиваться и искать решения из подручных средств позже окажется решающей в работе Семенова.

Наука в новых условиях

В 1941 году Институт химической физики, которым уже руководил Семенов, эвакуировали в Казань. Нужно было не только сохранить людей и оборудование, но и сразу продолжить работу, ведь тематика института напрямую совпадала с задачами фронта: горение, топливо, взрывчатые вещества, огнеметы.

О том, как это выглядело на месте, вспоминал специалист по физике взрыва Михаил Садовский:

«Было в Казани очень трудно, ИХФ разместился в здании бывшего монастырского подворья — гостиницы, в которой прежде останавливались богомольцы, почитатели монастыря. Не было в здании ни отопления, ни водопровода, ни канализации, ни лабораторной мебели. Все пришлось делать самим сотрудникам». [3]

Работа переносилась в неподготовленные пространства:

«Взрывы мы вели в подвале жилого дома, где соорудили баллистический маятник из случайно обнаруженного 11-дюймового арт. снаряда, залежавшегося со времен русско-японской войны. Жители дома довольно быстро привыкли к взрывам испытывавшихся нами зарядов из суррогатированного взрывчатого вещества (динамона) и не очень протестовали против наших работ. Однако, когда нам удавалось доставать высокобризантные ВВ (типа тэна, например), они бурно протестовали, что заставило нас построить во дворе подземную взрывную камеру». [4]

Как строили эту камеру, он вспоминает дальше:

«Зима была свирепой, почва превратилась в камень. Работали ломами с огромным трудом. Поэтому легко понять радость, когда копавшие вдруг завопили: “Ребята, дошли до мягкого грунта!” Однако радость была недолгой — оказалось, что мы попали на место, где находилась выгребная яма (канализация-то отсутствовала!), содержимое которой сохранило все свои малопривлекательные свойства». [5]

Такая повседневность научной работы в эвакуации. Тем не менее исследования не прекращались и постепенно давали результат.

«Конечно, были и другие неудачи и трудности, но сотрудники ИХФ во главе с Н.Н. все преодолевали и самоотверженно работали, решая многие задачи хозяйственного и военного значения. Так было налажено производство суррогатированных ВВ* — динамонов, использовавшихся в народном хозяйстве, велись успешные исследования методов повышения дальнобойности огнеметов и ряд других важных работ». [6]

*Суррогатированные взрывчатые вещества — заменители штатных взрывчатых веществ, которые использовались в условиях дефицита сырья, — Прим. ред.

Человек, который держал институт

В этих условиях решающей становилась способность удерживать систему в рабочем состоянии.

Садовский писал:

«Трудно представить, как можно было бы обеспечить такую деятельность ИХФ без постоянного напряженного труда Н.Н., направленного на устройство жилищных дел сотрудников, на поиски путей снабжения их продуктами, медицинской помощью и т.д. и т.п. Удивительная коммуникабельность Н.Н., его “пробивная сила”, умение давать с фантастической убедительностью не всегда исполнимые обещания способствовали тому, что в тяжелейших условиях эвакуации ученые ИХФ не только не потеряли в темпах развития фундаментальной науки, но и получили ряд крупных результатов, обеспечивших им постоянное место в мировой науке». [7]

В годы войны Семенов сохранил институт, перенес его работу в эвакуацию и направил фундаментальную химическую физику на задачи фронта. Его наука изучала, как начинается взрыв, но его организационная работа не дала разрушиться самому институту — несмотря на холод, нехватку и военное время.

Работы Семенова, его педагогическая и общественная деятельность получили признание: кроме получения Нобелевской премии, он стал лауреатом Ленинской (1976) и двух Сталинских премий (1941 и 1949), ему дважды было присвоено звание Герой Социалистического труда, он награжден девятью орденами Ленина и удостоен высшей награды Академии наук — золотой медали имени М. В. Ломоносова.

Источники цитат:

[1]  Ю. Б. Харитон «Начало» в сборнике: Воспоминания об академике Николае Николаевиче Семенове
М.: Наука, 1993 

[2]  М. А. Садовский «С Н. Н. Семеновым в Казани» в сборнике: Воспоминания об академике Николае Николаевиче Семенове
М.: Наука, 1993 

Текст подготовила: Софья Дружинина