Чтение онлайн

Я особенно близко сошелся с Леонардом Леонидовичем. Так, мы вместе с ним и Богданкевичами ездили на машине по Грузии, и там они были гостями у многих моих родственников. Я неоднократно обращался за помощью к Леонарду, мои близкие становились его пациентами, и он всегда оказывал им неоценимую помощь. Надо подчеркнуть, что и Андрей Иванович очень отзывчив, клятва Гиппократа для него священна. Я тоже к нему не раз обращался. Так, в 2004 году попросил помочь моему ученику и другу Ю. К. Боброву, который оказался в Институте им. Бурденко со злокачественной опухолью мозга, и профессор Коновалов уже готовил его «под скальпель». Но жена Ю. К. Боброва узнала, что в Гематологическом центре лечат таких больных консервативно, без скальпеля. Я обратился к Андрею Ивановичу, и он на следующий же день перевел к себе Ю. К. Боброва и положил его в отделение к чародею медицины, своему ученику Андрею Владимировичу Губкину, который подарил Ю. К. Боброву семь лет жизни. Его жизнь продолжалась бы и дальше, если бы он был послушным пациентом. Но в начале 2002 года, почувствовав себя полностью здоровым, он отказался от лучевой терапии. А летом у него произошел рецидив, и вновь А. В. Губкин вытащил его с того света. И опять он поправился и прожил полноценной жизнью еще пять лет. Но в конце 2007 года болезнь его все-таки доконала. Андрей Владимирович и Андрей Иванович считают, что это было результатом отказа от облучения, которое должно было закрепить результаты химиотерапии.

В заключение хочу сказать, что мой друг Б. С. Горобец, воспитанник Евгения Михайловича Лифшица (друга гениального советского физика Льва Давыдовича Ландау и его соавтора по уникальному многотомному учебнику «Курс теоретической физики»), который слышал мои рассказы об Андрее Ивановиче, весной 2008 г. поделился со мной своей идеей написать о нем биографическую книгу. Поскольку я знаю великолепную трилогию Б. С. Горобца «Круг Ландау», в которой описаны жизнь и деятельность Л. Д. Ландау и его учеников, я одобрил его желание и сразу же мы отправились к Андрею Ивановичу. Он, познакомившись с книгами Бориса Горобца, согласился с идеей написания исторического труда о Гематологическом научном центре на основе своей биографии и предоставил материалы из богатейшего личного и институтского архивов. Дело пошло, сегодня работа над книгой уже миновала перевал, и мы уверены, что в будущем году она будет окончена. А затем читатели оценят новую хорошую книгу об истории медицины и великом враче Андрее Ивановиче Воробьеве и его школе. И я горд тем, что как-то буду сопричастен к созданию этой книги.

28 ноября 2008 г.

Анри Рухадзе

А. А. Рухадзе, Л. И. Уруцкоев, Д. В. Филиппов

Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН

Вопрос о Чернобыльской аварии не может быть обойден вниманием по целому ряду причин. Во-первых, это крупнейшая техническая катастрофа за всю историю науки, и, на первый взгляд, именно наука и должна нести ответственность за ее масштабы и последствия, ведь именно эта катастрофа заставила обывателя усомниться в ее всесилии. Но советские и международные официальные структуры дружно переложили всю ответственность за эту катастрофу на эксплуатационный персонал, состоящий из «русских дикарей» (к тому же из них мало кто выжил) и тем самым попытались успокоить население тех стран, где существуют атомные станции. Действительно, кому же может быть непонятно, что если существует большая взрывоопасная емкость с газом или бензином и дикари рядом разводят костер, то она может из-за их неосторожности (или, точнее, дикости) взорваться. Ясно, что цивилизованный европейский человек так поступать никогда не будет. Европейские реакторы намного надежнее, да и не могут западные специалисты нарушать инструкции. Не могут — и все тут. Таким образом, авария в Чернобыле — это чисто советская катастрофа. И проблема как бы снята с повестки дня, по крайней мере, в Европе. Но, конечно же, признания официальными структурами СССР просчетов, допущенных при конструировании этого типа реактора, оказалось недостаточно, и «удар Чернобыля» ощутила атомная энергетика всех стран.

Первое осознанное ощущение, что что-то в механизме этой аварии мы понимаем не так, возникло в 1990 г., когда сотрудниками «Комплексной экспедиции ИАЭ» была пробурена первая скважина сквозь шестиметровую толщу биологической защиты реактора. С помощью обычного перископа была осмотрена внутренность реактора, и оказалось, что… реактор пуст. То есть совсем пуст, и нет там ни 170 тонн урана, ни двух тысяч тонн графита, который используется в этом типе реакторов в качестве замедлителя. У реактора не было дна, а крышка стояла боком, опираясь на стены реактора. Но самое большое впечатление произвели эти стены. Они были совершенно не деформированы и покрыты белой краской, сквозь которую просвечивали более темные метки, нанесенные строителями при монтаже элементов конструкции отражателя нейтронов. Ощущалась какая-то вопиющая дисгармония между катастрофической разрухой вне пределов реактора и почти больничной белизной в самом его центре. Создавалось впечатление, что кто-то аккуратно вытащил все содержимое реактора, правда, ненароком сломав при этом дно и слегка сдвинув крышку.

В начале 1990-х годов большие научные коллективы, занимавшиеся исследованием причин катастрофы, не столько думали над физическим механизмом аварии, сколько занимались численными подгонками под уже существующую официальную версию, «освященную», кстати, МАГАТЭ. Но, на наш взгляд, большого успеха их отчаянные попытки математически корректного обоснования механизма «разгона» реактора не имели. Физический процесс, основанный на цепной реакции, описывается кинетическими уравнениями. И здесь нет большой разницы, что это за цепная реакция — химическая или ядерная. От вида реакции зависит лишь вид системы дифференциальных уравнений и значения коэффициентов. Конечно, если вы имеете систему дифференциальных уравнений с коэффициентами, заданными не в аналитическом (т. е. формулами), а в численном (т. е. в виде таблиц) виде, то вы не можете получить аналитического решения и, увы, вынуждены довольствоваться только численными расчетами. Но зато всегда можно сделать аналитическую оценку — скажем, взять коэффициент максимально возможным и для этого случая решить уравнение аналитически. Вы, конечно, ошибетесь, получив максимально возможную зависимость, но зато будете знать максимальное значение интересующей вас величины которое может дать численный расчет. Проделав такую процедуру, мы убедились, что численные расчеты, на которые опирается официальная версия, не могут объяснить столь быстрого (примерно три секунды) периода «разгона» реактора, который имел место в ту роковую ночь. Период «разгона» реактора — это время, за которое мощность увеличивается примерно в 2,8 раза. Но математика — великая наука, ибо она позволяет получить не те цифры, которые вы хотите, а лишь те, которые следуют из ее уравнений. Если же вы будете «настаивать» и с помощью манипулирования коэффициентами и эксплуатации возможностей вычислительной машины все-таки получите нужное вам решение, то наверняка ваше решение будет неустойчивым. Поэтому можно только восхищаться настойчивостью и профессионализмом тех специалистов по прикладной математике, которым за несколько лет напряженной работы удалось «выдавить» нужный результат из вычислительной машины.

Далее нам необходимо совершить небольшой экскурс в государство физики, а точнее — в одну из ее провинций под названием «ядерная физика» и в ее индустриальный анклав «реакторостроение». Мы вынуждены это сделать, в противном случае читателю будет непонятен ход дальнейших рассуждений и как следствие логика цепи событий, которые затем будут происходить. Что касается физиков, то им мы советуем пропустить несколько следующих абзацев.

Итак, как правило, все хорошо помнят со школьной скамьи, что химические элементы состоят из протонов (количество которых в ядре и определяет местоположение данного атома в таблице Менделеева) и нейтронов. Нейтрон по массе близок к протону, но в отличие от него не обладает электрическим зарядом, чем и определяется его название. Известно только одно ядро, в состав которого не входят нейтроны, — это ядро водорода, простейшего химического элемента. Во все остальные ядра нейтроны входят в качестве необходимого условия устойчивости ядра. Так, например, невозможно существование ядра, состоящего из двух протонов. Но если в состав ядра входят два протона и один нейтрон, то такое ядро устойчиво и называется гелием-3. Если мы в ядро гелия-3 добавим еще один нейтрон, то это по-прежнему будет гелий (так как не изменилось число протонов, а мы уже говорили, что именно от количества протонов зависит название химического элемента), но в нем будет уже четыре частицы (два протона плюс два нейтрона), и называется он гелием-4. Точнее говоря, это ядро гелия-4, но если добавить к ядру два электрона, то получится атом гелия-4. Если добавить два электрона к ядру гелия-3, то получится атом гелия-3. И тот и другой атомы существуют в природе, и с точки зрения химии они почти эквивалентны. Это и понятно, поскольку химия определяется количеством электронов у данного атома, а их в обоих гелиях ровно два. Таким образом, возникает парадокс: с точки зрения ядерной физики мы имеем совершенно различные объекты, которые очень сильно отличаются по своим ядерным свойствам, но с точки зрения химии они практически одинаковы. Так часто бывает в семьях: дети носят одну фамилию, но совершенно различны по характеру. Но в физике они называются не братьями или сестрами, а изотопами. Если продолжить аналогию, то следует отметить, что достаточно часто встречаются семьи, где всего один ребенок, и в физике такой атом называется моноизотопом (например, золото-197). А самая многодетная семья у олова — в нее входит одиннадцать родственников.

На этом наша простая аналогия почти заканчивается. Но, прежде чем перейти к дальнейшему изложению, надо уяснить еще один момент, который нам будет очень важен в дальнейшем. Дело в том, что в самом ядре взаимоотношения между протонами и нейтронами крайне непросты, что, впрочем, и в семейной жизни не редкость. Так, в семействе урана самым устойчивым является изотоп с массовым числом 238, и как следствие его содержание в природном уране составляет 99,27 %. Следующий по своей устойчивости изотоп с массовым числом 235, его содержание в природной смеси около 0,72 %. А самым нестабильным изотопом, входящим в состав природного урана, является уран-234 — его всего 0,006 %. Изотопы урана 236, 237, 239 совсем нестабильны и, если и образуются, то распадаются за столь короткие времена, что в сравнении с временами жизни других представителей этого семейства о них и говорить не приходится.

Из приведенного примера видно, что для 92 протонов (именно эта цифра характеризует семейство урана) предпочтительнее иметь в качестве соседей 146 нейтронов (146 + 92 = 238, уран-238), менее предпочтительно 143 нейтрона (143 + 92 = 235, уран-235), на крайний случай 142 (уран-234), соседство же со 144, 145, или 147 нейтронами в силу причин, которые мы не будем здесь обсуждать, практически невозможно.

Таким образом, получается, что в семье урана могут устойчиво существовать ядра только с определенным количеством нейтронов. Или, говоря более физическим языком, имеющие определенные нейтронно-протонные соотношения. Такое соотношение для урана 238 равно 146 нейтронов: 92 протона «1,587. Запомним это число. Теперь вычислим, каково то же отношение для химических элементов в середине таблицы Менделеева. Возьмем хотя бы серебро. У семейства изотопов этого элемента 47 протонов, и они могут образовывать стабильное ядро либо с 60 (серебро-107), либо с 62 нейтронами (серебро-109). Если вычислить нейтронно-протонное соотношение для одного из ядер серебра, то увидим, что оно равно «1,32. Сравнив эту величину с предыдущей, мы видим, что в различных частях таблицы Менделеева соотношения между протонами и нейтронами для стабильных ядер различно. Если бы нам, к примеру, удалось разделить ядро урана-238 ровно на две части, что подразумевает деление и протонов, и нейтронов, то мы получили бы два ядра палладия-119, у которого 46 протонов и 73 нейтрона. Но такое ядро было бы, как говорят физики, нейтронно-избыточным. Действительно, максимальное количество нейтронов, которое может иметь стабильное ядро палладия, равно 64 (палладий-110), а все ядра с большим числом нейтронов, т. е. нейтронно-избыточные, будут категорически неустойчивыми. Таким образом, наше «мысленное» ядро палладия-119 было бы весьма озабочено тем, как ему приблизиться к тому нейтрон-протонному соотношению, которое было бы приемлемым для столь приличной и уважаемой всеми семьи, как семейство палладия. Сейчас мы на время оставим ядро палладия в столь пикантном для него положении, как нейтронная избыточность, для того чтобы понять, какие физические механизмы имеются в его распоряжении, с тем чтобы стать полноправным членом клуба стабильных изотопов таблицы Менделеева.

Как мы уже говорили выше, нейтрон и протон близки по массе, но нейтрон все-таки немного тяжелее (примерно на 2,5 массы электрона), и это обстоятельство дает ему принципиальную возможность превратиться в протон плюс электрон с испусканием еще одной очень легкой частицы, которая называется антинейтрино. Если нейтрон, находясь в ядре, распадается, то электрон (который в этом случае называется β– частицей) и антинейтрино вылетают за пределы ядра, а протон остается в ядре. При этом, как несложно понять, заряд ядра увеличивается на единицу и тем самым ядро передвигается вверх по таблице Менделеева («меняет фамилию»). Этот процесс называется β– распадом. Испытав последовательно несколько β– распадов, ядро перемещается на столько же клеточек вверх по таблице Менделеева. Можно спросить, а зачем ему это надо? Ответ достаточно очевиден. Как мы с вами уже видели, для стабильных ядер оптимальное нейтронно-протонное соотношение увеличивается с возрастанием номера химического элемента (а значит, и количества протонов в ядре), достигая максимума на уране. Таким образом, испытывая β– распад, нейтронно-избыточное ядро всегда стремится улучшить (с точки зрения стабильности) свое нейтронно-протонное соотношение.

Однако не следует думать, что у конкретного нейтронно-избыточного осколка имеется единственный путь улучшения своего нейтронно-протонного отношения. В ядерной физике все процессы носят вероятностный характер. Это означает, что, с одной стороны, ядра урана будут образовывать различные осколки деления, а с другой — что нейтронно-избыточный осколок в свою очередь может улучшать свое нейтронно-протонное соотношение различными путями. Вероятности всех возможностей могут быть вычислены теоретически и находятся в удовлетворительном согласии с экспериментом. Сказанное может быть проиллюстрировано следующей простой аналогией.

Предположим, что вы, катаясь на горных лыжах где-нибудь в районе Шамони или Аварьяза, поднялись по канатной дороге на вершину. Как обычно, у вас есть ряд возможностей для спуска по различным трассам. Но, начав спуск в соответствии с вашим желанием, вы уже выбрали ту долину, в которую будете спускаться. Точно так же поступает ядро, только оно согласует свой выбор не с личным желанием, а со строгими вероятностными законами. Однако некоторые из возможных каналов β– распада приводят к тому, что последовательный β– распад становится весьма затруднительным по причинам, которые мы, из-за их сложности, здесь обсуждать не будем. В нашей аналогии это эквивалентно тому, что на вашем пути оказались скалы или участок без снега. Что же в таких обстоятельствах делать нейтронно-избыточному ядру, каким образом ему избавиться от своего избытка нейтронов? Выход простой: можно излучить нейтрон (в горнолыжном случае — перебраться через препятствие, спустившись немного с помощью промежуточной канатной дороги), после чего продолжить цепочку β– распадов (то есть спуск на лыжах). Такие нейтроны называются «запаздывающими». Но запаздывающие по отношению к чему? Конечно же, к моменту первоначального деления ядра урана. Когда уран-235 поглощает медленный нейтрон, он на миг превращается в уран-236, который тотчас разваливается на два осколка. Этот процесс называется вынужденным делением и сопровождается испусканием 2,4 нейтрона. (Не будем забывать, что один нейтрон мы потратили на деление). Конечно, не надо думать, что испускается дробная часть нейтрона. Просто в одних актах деления испускается два, а в других три нейтрона, и в зависимости от этого, конечно, образуются различные осколки деления.