6. ПРОТОННЫЙ ФИЛЬТР 2-ГО ПОКОЛЕНИЯ. ГОЛЬМИЙ. ЛНФ (1964-1966)

 

1. В начала этой главы я вернусь на один год назад, в 1963 г., к моменту, когда Алфименков подхватил падающее “знамя” павшего Юры Дмитревского. Он продолжил испытания рефрижератора на Не-3. Но однажды произошло несчастье – разорвало сосуд с жидким азотом. Вся начинка внутри вакуумного кожуха была искалечена, включая сосуд с жидким гелием. Расследование происшедшего показало, что вентиль на трубопроводе выхлопа паров азота был закрыт. Как это случилось, осталось неизвестным. Алфименков принялся восстанавливать аппарат фактически с нуля.

 

2.  Тем временем изготовление большого наливного криостата, спроектированного Дмитревским, в ЭММ было завершено, и он был перевезен в ком. 10 пристройки, в окрестности магнита СП-10. Я начал вакуумные испытания теплого криостата, а затем и с заливками жидких азота и гелия. К этому времени вся электронная аппаратура, включая волноводную систему, была сделана и испытана. Группой Смирновой был изготовлен большой кристалл ЛМН, из которого, как обычно, собственноручно, я вырезал методом мокрой нитки прямоугольный кристаллический параллелепипед объемом 15 см3. Эту процедуру резки до этого момента, и после него, я не доверял никому. Такой объем кристаллической мишени мы имели впервые. Поэтому эту ППМ мы назвали мишенью 2-го поколения (ППМ-2). Ее основные параметры: СВЧ-накачка на длине волны 8 мм, магнитное поле 9,9 кэ, температура 1,5 К, объем мишени 15 см3.

 

3.  Когда криостат был испытан и готов к работе, мы установили его на магнит СП-10. Это был июль 1964 г. После периода комплексной наладки установки мы приступили к экспериментам с ЛМН с 0,4 % примесью изотопа Nd142. До октября шаг за шагом мы увеличивали усиление протонного сигнала. В начале октября достигли стабильного 550-кратного усиления, что соответствовало поляризации протонов 37 %. В этом эксперименте мы впервые применили известный способ Абрагама и Шапелье измерения макроскопической намагниченности системы протонов с использованием второго ЯМР-спектрометра, сконструированного Славой Лущиковым. Результат этих абсолютно независимых измерений в пределах их точности дал 35 % поляризацию протонов. Всю работу можно было оценить как большой успех. Результаты исследований были опубликованы в [26].

 

4.  Наступило время переноса нового оборудования из лабкорпуса на ИБР. С октября 1964 г. по февраль 1965 г. шли работы на канале № 3 по монтажу ППМ второго поколения. Наконец, в феврале мы запустили новую ППМ на работающем реакторе. Получили 45 % поляризацию нейтронов в резонансной области, и 100 % в тепловой. Новый рекорд!

 

5. К этому времени Алфименков и новый сотрудник Олег Овчинников завершили создание рефрижератора на Не-3, перевезли все оборудование в район канала № 3, и ждали, когда мы закончим эксперименты с большой ППМ-2, чтобы начать монтаж аппаратуры на магните СП-47. Еще задолго до этого момента, в качестве ядерной мишени был выбран гольмий-165, спины нейтронных резонансов которого до 12 эВ были определены американцами в Брукхейвенской национальная лаборатория на дифрактометре с намагниченным кристаллом Co-Fe. Это давало нам возможность сравнить свои будущие результаты с американскими.

 

6.  К апрелю 1965 г. все работы по наладке оборудования гольмиевой мишени были завершены. В апреле, во время очередного цикла работы реактора на мощности 6 кВт, обе мишени на магнитах СП-10 и 47 были запущены, и начались измерения пропускания пучка нейтронов, с периодическим реверсом его поляризации с помощью спинового ротатора, через ядерную мишень, поляризация которой составляла 45 %. Была исследована энергетическая область от тепловых значений до 55 эВ, что в 5 раз превосходило интервал, сканированный американцами. Спины 11 резонансов были определены, часть из которых совпадали с резонансами, измеренными в США. Для них спины были подтверждены, кроме одного.

 

7.  Забавная история произошла с резонансом при 8 эВ. Американцы наблюдали этот резонанс, но не исследовали его, так как в атласе Юза он был записан за самарием, который является четно-четным элементом, и, следовательно, не имеет спина, а, значит, не должен давать эффекта двойного пропускания. Это был довольно слабый резонанс. Наши же измерения четко зафиксировали заметный эффект от него в двойном пропускании, что позволило определить его спин. Дополнительные измерения со сверхчистыми образцами гольмия и самария на 1000-метровой пролетной базе показали, что вокруг энергии 8 эВ имеется по одному резонансу в каждом образце с близкими энергиями. А так как самарий не дает эффекта, то наблюденный нами резонанс в двойном пропускании, безусловно, принадлежит гольмию. Это был уникальный случай, когда резонанс был открыт поляризационной методикой вместо стандартной нейтронной спектроскопии. Результаты первого в мире применения протонного фильтра для ядерного эксперимента были опубликованы в [27].

 

8. Эксперимент с гольмием показал, что наша неформальная группа работала слаженно и эффективно. И тут мне пришла идея оформить ее официально, а Алфименкова назначить начальником группы. Это была роковая идея. Как тут не вспомнить знаменитое черномырдинское: “Никогда такого не было, и вот опять”. И я сделал пятый неверный шаг – пошел к ФЛ (напомню первые четыре: зря записался на кафедру теоретической физики физфака; зря перешел на кафедру ускорителей; зря делал диплом в ФИАН, а не в Дубне; зря согласился стать соавтором Шапиро по протонному фильтру). ФЛ идея вроде заинтересовала, но мне он ничего не сказал. А вскоре вышел приказ о формировании группы Алфименкова. Не буду перечислять ее состав.
9.  Забегу немного вперед, чтобы больше не возвращаться к гольмию. Во второй половине 1965 г. импульсный реактор ИБР был модернизирован, и превращен в бустерный реактор с подпиткой электронным пучком от микротрона, созданного И.М.Маторой и др. Шапиро решил повторить измерения с гольмием, так как бустер значительно улучшил разрешение спектрометров из-за за более короткой вспышки нейтронов. В январе-феврале 1966 г. мы провели новые измерения с гольмием с использованием новой ППМ третьего поколения (ППМ-3) в качестве поляризатора нейтронов, о создании которой я расскажу чуть ниже.

 

10. Энергетический интервал, в котором уверено наблюдались эффекты двойного пропускания, увеличился до 155 эВ. В эксперименте была использована ППМ-3, которая обеспечила поляризацию резонансных нейтронов до 70 %. Новый мировой рекорд! Были определены спины 18 новых резонансов, и подтверждены спины резонансов, ранее измеренных. Это был хороший эксперимент. Но его результаты были опубликованы весьма в скромном виде [28]. Даже не в советском журнале. Почему так произошло, я не знаю, только отмечу, что Слава и я в этом эксперименте обеспечивали работу протонного фильтра. И в дальнейшем обсуждении, обработке и публикации результатов я лично не принимал участия. 

 

11. В заключение освещения этого этапа в наших исследованиях приведу несколько фото того периода (Рис. 29). Фотография в центре верхнего ряда фигурировала во многих публичных материалах, но неизменно без меня. Правда, левая рука всегда оставалась на месте, не было попыток ее заретушировать, во всяком случае, мне такие материалы не попадались. Рука стала знаменитой, на вопрос, чья это рука, следовал ответ – ее принадлежность до сих пор не установлена. Читатель, впервые, может увидеть, чья это рука. Это моя рука. Я горд за нее. Тут уместно сравнить путешествие моей руки по информационному пространству с приключениями гоголевского носа, отделившегося от коллежского асессора Ковалева, в Петербурге и его окрестностях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 29. Эксперименты с поляризованной гольмиевой мишенью на канале № 3 реактора ИБР и ИБР + микротрон с использованием ППМ-2 и ППМ-3 (1964 – 1965 г.г.).

 

12. Мы, Лущиков и я, уже значительное время назад были погружены в подготовку нового сложнейшего эксперимента по рассеянию поляризованных резонансных нейтронов на поляризованной дейтонной мишени (ПДМ). Стартовали два первых этапа этой работы – создание ПДМ и ППМ третьего поколения. В следующей главе я расскажу о втором этапе. Здесь можно было бы провести некоторое, может быть неудачное, но нравящиеся мне, сравнение наших ожиданий с известными словами Сен-Симона, который велел дворецкому будить себя словами "Вставайте, граф! Вас ждут великие дела". Слова насчет великих дел оказались в полном соответствии с нашей грядущей персональной действительностью.
 

7. ПРОТОННЫЙ ФИЛЬТР 3-ГО ПОКОЛЕНИЯ. ЛНФ (1965-1966)

 

1.  Еще до окончания работ по созданию протонного фильтра 2-го поколения, который был сделан на базе криостата Дмитревского, мы начали разработку нового гелиевого криостата примерно такого же типа и объема, но с рядом усовершенствований. Он предназначался для размещения ППМ 3-го поколения (ППМ-3). А в криостате Дмитревского было намечено разместить будущую ПДМ.
 

2.  Так как в ППМ-3 предполагалось использовать СВЧ-накачку 4 мм диапазона, то надо было спроектировать новую волноводную систему (ВС), по которой был бы уменьшенный подвод тепла в жидкий гелий. До этого тепловые контакты ВС на азотном и гелиевом уровне осуществлялись с помощью упругих элементов. Но этот способ был малоэффективен. Тогда я придумал использовать упругие свойства разнородных металлов. На ВС пружинно закреплялись два конуса из меди на соответствующих уровнях. Система гибких медных проводов, распаянных на конус и локальный кожух ВС, обеспечивала хороший тепловой контакт. Ответная конусная воронка из латуни закреплялась неподвижно на соответствующем сосуде, и при охлаждении обжимала конус. Способ оказался весьма эффективным – испарение гелия существенно уменьшилось, что увеличивало интервал времени между заливками гелия.
 

3.  Другая моя придумка касалась способа измерения уровня жидкого гелия. До этого уровень определялся, как в ФИАН, с помощью поплавка с длинным вертикальным штырьком в вакуумированной трубке. Такая система для глубоких сосудов работала плохо, мучили затиры. Моя идея состояла в том, чтобы уравновесить поплавок грузом. Для этого вверху вакуумированной трубки устанавливался шкив. Поплавок и груз соединялись крепкой ниткой через шкив. При комнатной температуре эти элементы балансировались так, чтобы поплавок опускался на дно трубки. При заливке гелием поплавок всплывал, указывая уровень жидкости. Система на практике работала безотказно. Было еще третье предложение, но не помню какое. Но помню хорошо, что “их было трое”.
 

4.  Потом к разработке и изготовления криостата на правах начальника группы подключился Алфименков. И тут во всем блеске проявились последствия моего пятого неверного шага. Начались стычки между нами. Как хорошо знали люди еще в глубокой древности сущность власти, когда один из них изрек: “Всякая власть развращает человека. Абсолютная власть развращает абсолютно”. До “абсолютно” дело не дошло, но и того, что было, было достаточно, чтобы развести нас навсегда. О дальнейшем развитие отношений я расскажу, когда буду делиться воспоминаниями о наших кандидатских защитах в 1967 г., и о моей докторской двадцать лет спустя, в 1988 г.
 

5.  Примерно в июне 1965 г. ППМ-2 вместе с магнитом СП-10 были сняты с эксплуатации, освободив место на канале № 3 для монтажа нового магнита, изготовленного в НИИЭФА по техническому заданию Шапиро и Лущикова. Параллельно шло изготовление нового оборудования для ППМ-3, в частности, волноводной системы (Лущиков, Таран), криостата (Таран, Алфименков) и небольшого (но тяжелого; Алфименков сделал его мощность в 5 раз больше необходимой) магнита для нового источника СВЧ 4 мм диапазона – лампы обратной волне (ЛОВ).
 

6.  К концу года все оборудование было установлено на штатные места. И в декабрьском цикле реактора ИБР мы начали эксперименты с новой ППМ-3. К новому году была достигнута поляризация протонов 70 %. Снова мы вышли на мировой уровень, деля его с США, Францией и ЦЕРН. Основные параметры ППМ-3: СВЧ-накачка на длине волны 4,5 мм, магнитное поле 17 кэ, температура до 1,1 К, объем мишени 30 см3.

 

7.  Как я уже упомянул ранее, ППМ-3 была использована во время второго эксперимента с гольмием в 1965 г. В [28] были опубликованы результаты этого эксперимента. Там же дано чрезвычайно краткое описание протонного фильтра 3-го поколения (ПФ-3) на базе ППМ-3, обеспечивавшего поляризацию резонансных нейтронов до 70 %. И это все, что написано про ПФ-3, который был единственный в мире, высокоэффективный поляризатор нейтронов. Да, в нашей группе работали не просто скромные люди, а какие-то скромняги. Такого уровня достижение в настоящее время раздули бы до небес. Не такими были люди у Федора Львовича.

 

8. (n, d)-ПРОБЛЕМА. ЛНФ (1962-1966)

 

1.  В  [29], в связи с 40-летием создания первой в мире ПДМ и проведения первого (n, d)-эксперимента на поляризованных частицах в 1964 г., я описал историю создания мишени и эксперимента по рассеянию нейтронов на дейтонах. В этой главе я кратко повторю историю для русскоязычного читателя.

 

2.  Начало истории можно отнести к 1946-1949 г.г., когда физики-теоретики Хамермеш и Швингер [30], и Роуз [31] доказали, что только эксперименты по рассеянию поляризованных нейтронов на поляризованных дейтонах позволят однозначно определить их длины рассеяния. В то время, вообще, не было никаких данных о длинах (n, d)-рассеяния.

 

3. Первый шаг на пути решения фундаментальной проблемы ядерной физики сделали канадские физики-экспериментаторы Харст и Алкок [32], и, независимо, американцы Волан, Шалл (будущий Нобелевский лауреат) и Кёхлер [33], опубликовав в 1951 г. результаты первых экспериментов по рассеянию неполяризованных нейтронов на неполяризованных дейтонах, проведенных с целью определения их длин рассеяния. Они определили два альтернативных набора дублетной и квартетной длин рассеяния, в одном из которых (условно назовем его первым) квартетная длина была больше дублетной, а во втором наборе наоборот.

 

4.  Целая куча физиков-теоретиков бросилась развивать теории на основе новых экспериментальных данных. К 1965 г. набралось около двух десятков таких теорий и их модификаций, которые приводили аргументы в пользу того или иного набора длин рассеяния. Если творцов этих теорий разделить на две группы по количеству наборов, то в первую группу я отнесу теоретиков, выступавших за первый набор. Остальные, естественно, попадают во вторую группу. Оказалось, что относительное соотношение между группами равно 3:1, т.е. в первой группе было большинство теоретиков. Я назвал их большевиками. Меньшевики составили вторую группу.

 

5. В 1965 г. ситуация драматически изменилась. На сцене появился “зубр” теорфизики Александр Михайлович Балдин [34]. Он оказался заядлым меньшевиком. В рядах теоретиков возникло смятение. Появились перебежчики в лагерь Балдина. Пришлось вмешаться “гуру” большевиком Аарону с бесстрашными, но с ясной головой и чистыми руками, “феликсами” Амадо и Ямом [35], которые железной рукой попытались навести порядок в своих рядах. Но новейшая, блистательная, с оттенком таинственности, теория Балдина, в которой фигурировали некие “Mirages”, приобретала все большую популярность. Железные ряды большевиков остановились в нерешительности.

 

6. И тут на горизонте появилась славная, миролюбивая, гуманитарная миссия под единоначалием мудрого, но еще моложавого Федора Львовича Шапиро. В состав миссии входили рафинированные отморозки Таран, Лущиков, Николенко и примкнувший к ним нерафинированный Алфименков. Миссия быстро разобралась с проблемой. Большевики торжествовали. Тут я вспомнил Эйнштейна, который утверждал, что бог в кости не играет. Всеобщая история человечества опровергла его сентенцию, по крайней мере, в двух случаях: в первом, когда бог сыграл в кости на стороне русских большевиков в октябре 1917 г., и во втором, когда встал на сторону теоретических большевиков, выбрав 1-ый набор в (n, d)-рассеянии. Балдин и компания были повержены, и сгинули в лагерной пыли. Каким образом миссия Шапиро столь быстро решила задачу, и почему я поставил себя на первое место в составе миссии, я отвечу в следующем и последующих абзацах.

 

7. Еще в детстве … Пардон. Еще в 1959 г., читая Блатта и Вайскопфа, я узнал о работах [30, 31]. Ум мой был девственно свеж и памятлив, и эти работы осели на дно, чтобы в нужный момент всплыть на поверхность корки. С работами [32, 33] я ознакомился, наверное, до или в 1961 г., как это видно из списка литературы в рукописи 1 в Таблицы 1 (см. Приложении). В Таблице 1 приведен список моих рукописей (несколько с Лущиковым) с 1961 г. по 24 ноября 1964 г. Если рукопись не была датирована, то я определял временной интервал, когда она была написана, используя список литературы из предыдущей и последующей рукописи.

 

8. Все рукописи хранятся у меня в отдельной папке, под грифом “Top Secret”, и могут быть предъявлены божьему суду по первому требованию. Более того, я не успокоился на этом списке, и решил привести изображение первой рукописи, датированной как 1961<Д<1962, из списка Таблицы 1, в Приложении, чтобы было бы ясно мое первенство в доказательстве возможности сделать (n, d)-эксперимент с поляризованными частицами с поляризационной техникой того времени. Вторая рукопись с Лущиковым, датированная как Д<1962, доказала возможность создания ПДМ с техникой того времени. Я тоже включил ее в Приложение. Остальные рукописи 3-5 развивали эти две возможности – создания ПДМ и проведения (n, d)-эксперимента в ИТЭФ на тепловых нейтронах (рукопись 4).

 

9. Решающую роль сыграла шестая рукопись с датировкой Д<1965 под заголовком “n-d. Новая интерпретация”, где было показано, что только измерения в резонансной области дадут однозначный ответ на вопрос, какой набор реализован в природе. Это сразу похоронило, начатую было, подготовку эксперимента в ИТЭФ. Единственной возможностью оставался реактор ИБР, испускавший широкий спектр нейтронов. Я отчетливо помню, где и когда пришла эта восхитительная идея, что надо использовать резонансные нейтроны, так как измерения с тепловыми нейтронами рискованны из-за неопределенности в суммировании когерентного и некогерентного сечения рассеяния в тепловой области. Не буду загромождать эти заметки деталями. Скажу только, что ФЛ мгновенно понял идею с первых же моих слов, и принял единственно верное решение - проводить эксперимент в Дубне. Надо сказать, что ФЛ, конечно, вышел бы на неё, если бы немного покопался в проблеме. Но он был перегружен многими проблемами, включая семейные (заболел сын Борис). Человек работал на износ. Я оказался первым, кто раньше всех проник вглубь сути (n-d)-эксперимента, и набрел на эту, лежащую на поверхности, идею. Широкой огласки эта история не получила, и, практически, во всех публичных материалах инициатором (n, d)-эксперимента назывался Шапиро. Мне не жалко. Но я все-таки поместил рукопись 6 в Приложение.

 

Таблица 1. Список рукописей по (n, d)-проблеме (1962-1965).
 

nn  Название                                                             Авторы           Датировка (Д)       манускрипт    Объем,                                                                                                                                                                      стр.

1    О возможности однозначного определения

      амплитуд рассеяния нейтрона на дейтерии    Ю.В.Таран      1961<Д<1962        машинопись      6
 

2    Динамическая поляризация дейтонов в           В.И.Лущиков,

      лантан-магниевом двойном нитрате                Ю.В.Таран       Д<1962                 машинопись      4
 

3    О возможности динамической поляризация

      ядер дейтерия в лантан-магниевом

      двойном нитрате                                                Ю.В.Таран        Д<1964                 рукопись           5
 

4    Поляризованная дейтонная мишень и

      n-d-рассеяние                                                      Ю.В.Таран      24 ноября 1964 г. рукопись           4
 

5    Рукопись утеряна                
 

6    n-d: Новая интерпретация                                  Ю.В.Таран       Д<1965                 рукопись           5
 

7    Возможная схема по n-d- рассеянию                       -                 Д<1966                 машинопись      2

 

 

(End Part 4; continued Part 5)