Выдающийся физик и педагог Давид Альбертович Франк-Каменецкий

Давид Альбертович работал во ВНИИЭФ с 1947 по 1956 год сначала начальником лаборатории, а затем начальником теоретического отдела. Он был одним из основных создателей первой в стране атомной бомбы РДС-1 и первого бинарного водородного заряда РДС-37. Его вклад в создание ядерного щита отмечен тремя Сталинскими премиями, орденом Ленина и орденом Трудового Красного Знамени.

Это человек необычной судьбы. К сожалению, его биографию за давностью лет трудно восстановить.

Родился Давид Альбертович 3 августа 1910 года в Вильнюсе в семье инженера-химика. Отец его, как революционер, был в царское время сослан в Сибирь, в Иркутск, где впоследствии стал профессором Иркутского университета. В его честь названа одна из улиц.

Родители передали сыну яркий талант физика и математика, дар педагога, доброту, высокую интеллигентность, свободное знание языков, любовь к литературе и искусству.
Это был человек крепкого телосложения, немного неуклюжий в движениях. Исполнители его блестящих физических и химических опытов побаивались подпускать его к аппаратуре: вдруг он что-нибудь заденет.

В 1931 году Давид Альбертович окончил Томский технологический институт по специальности «металлургия цветных металлов». Работал помощником заведующего металлургическим заводом Дарсунского золотопромышленного комбината. В 1932—1934, когда появились его первые научные публикации, он — научный сотрудник, а затем старший научный сотрудник Всесоюзного НИИ по золоту и его спутникам (Иркутск).
Публикации привлекли внимание директора Института химической физики академика Н. Н. Семенова и он пригласил талантливого учёного к себе в институт. Здесь Франк-Каменецкий проработал 12 плодотворных лет, стал авторитетным ученым в области кинетики химических реакций, доктором наук и профессором.

Итоги работы тех лет Давид Альбертович изложил в монографии «Диффузия и теплопередача в химической кинетике», вышедшей в 1947 году, переизданной у нас, а затем в ФРГ и дважды в США. За эту книгу АН СССР в 1949 году присудила ему премию имени Менделеева.

Этот классический труд не утратил значения и широко используется при исследовании роли диффузии, теплопередачи и конвекции при протекании стационарных и взрывных химических реакций.

Во введении к книге Давид Альбертович выражает глубокую признательность учителям: Я. Б. Зельдовичу, Л. Д. Ландау, Н. Н. Семенову и от души благодарит ближайших сотрудников, среди которых упомянута и Е. Е. Фридман. Это Елена Ефимовна, его жена, глубоко интеллигентная, умная и добрая женщина. Она преподавала литературу в школе, когда они жили здесь, в Сарове.

Глубокое понимание химической кинетики позволило Д.А.Франк-Каменецкому решать актуальные прикладные задачи. В соавторстве с Я. Б. Зельдовичем и М. А. Ривиным в сороковых годах был произведен полный термодинамический расчет горения пороха в реактивном двигателе ракеты. В результате удалось достичь согласия расчётных и экспериментальных значений механического импульса двигателя. Это было важно, так как импульс определяет скорость ракеты, дальность полета и вес боевой части. Такого рода расчёты у нас и за рубежом тогда не проводили.

Чтобы по достоинству оценить труд автора, надо представить всю сложность этих расчётов: при горении пороха образуются продукты горения, находящиеся между собой в подвижном термодинамическом равновесии с выделением и поглощением тепла в зависимости от температуры в камере. К тому же порох при горении меняет свою геометрию. Расчеты производились вручную и требовали высоких аналитических способностей.

Давид Альбертович обладал необыкновенной памятью. Как-то он заявил, что за два часа может прочитать и запомнить книгу в 300 страниц, и Зельдович, который относился к нему очень любовно и с большим уважением, не поверил. Они поспорили. Давид Альбертович закрылся в комнате, и через два часа началась проверка. Зельдович открывал книгу в произвольном месте и читал строку. Давид Альбертович продолжал текст почти дословно!

Давид Альбертович был моим начальником, учителем и наставником. Меня поражало, как он сразу, без помарок, мог писать служебные документы. Когда я спросил его об этом, он ответил, что весь документ сначала составляет и анализирует в уме, и лишь потом пишет на бумаге. Это то, что сейчас мы делаем с помощью ПЭВМ.
Благодаря этому удивительному дару он чувствовал себя уверенно и в сложных, запутанных и ответственных ситуациях.

При разработке первой атомной бомбы РДС-1 особое внимание уделялось теории ядерного энерговыделения взрыва с учётом имеющейся вероятности неполного взрыва при случайном преждевременном нейтронном инициировании бомбы. Эти работы выполняли Давид Альбертович с сотрудниками под общим руководством Я. Б. Зельдовича. Представьте, что могло произойти при Берии, если бы правильно воспроизведенная и изготовленная бомба по вышеупомянутой научной причине не взорвалась или выдала «пшик»?

После успешного испытания 29 августа 1949 года Д.А.Франк-Каменецкий, профессор, начальник лаборатории теоретического отдела, «за участие в разработке теории атомной бомбы» был удостоен звания лауреата Сталинской премии второй степени и награждён орденом Ленина, получил крупную денежную премию и пожизненное право на бесплатный проезд железнодорожным, водным и воздушным транспортом вместе с семьей, а также право на обучение детей в любых учебных заведениях СССР за счет государства.
Франк-Каменецкий активно участовал в создании последующих, более совершенных атомных бомб РДС-2 и РДС-3, успешно испытанных в 1951 году. За это он был удостоен второй Сталинской премии.

В 1952 году он подключен к расчетам первой водородной бомбы РДС-6с, «слойке» Сахарова. После успешного испытания «слойки» 12 августа 1953 года Д.А.Франк-Каменецкий удостоен Сталинской премии в третий раз.

В 1954 году он вместе с Я. Б. Зельдовичем, Н. А. Дмитриевым, В. Н. Родигиным обратил внимание на то, что высотный ядерный взрыв небольшой мощности является реальным способом защиты от самолёта-носителя атомной бомбы. Действие такого взрыва не так опасно на земле, как на большой высоте полёта стратегических бомбардировщиков, где воздух разрежен, поток нейтронов и гамма квантов распространяется без существенных потерь на большие расстояния, нейтрализуя при этом атомную бомбу, поражая экипаж самолёта и сам самолёт. Этот отчёт послужил толчком к созданию ядерной ПВО, а затем и ядерной ПРО.

В отчёте поставлен вопрос о повышении стойкости к действию нейтронов наших ядерных зарядов на случай развёртывания ядерной ПВО вероятным противником. Для уточнения воздействия нейтронов на изделие предложена «постановка опытов с облучением макетов изделий при опытных взрывах». Такого рода «облучательные» опыты впоследствии широко применялись.

В 1954 году Франк-Каменецкий (как имеющий опыт по расчету и проектированию пороховых ракет) привлечен Курчатовым к исследованиям вопроса «О применении атомной энергии в реактивных двигателях» для доставки к цели тяжелых водородных зарядов большой мощности. Вопрос решался с размахом, характерным для того времени. Под Москвой в Лыткарино был развернут специальный институт для экспериментальных исследований.
В отчёте Д.А.Франк-Каменецким «показаны перспективные возможности, которые открывало применение расплавленного лития-7 в качестве теплоносителя и рабочего тела для атомных ракет и для стационарной ядерной энергетики».

В отчете сказано: «Изложенные оценки заставляют нас считать нестационарные схемы (т.е. «взрыволеты'', которые исследовались Сахаровым) неосуществимыми при современном состоянии техники».

В том же 1954 году Д.А.Франк-Каменецкий вместе со мной написал отчёт «О транспортировке изделий самолётом-снарядом, работающим на атомном горючем». Показан эффект существенного снижения мощности заряда при его облучении мощным потоком нейтронов. Это ограничивало возможность применения атомных ракет. С другой стороны, в дальнейшем оказалась важной физика этого эффекта для обоснования работы инициатора основного узла в бинарном водородном заряде.

И наконец, в декабре 1954 года Д.А.Франк-Каменецким (при участии А.Д.Сахарова) написан отчет «Атомное обжатие», который перевернул жизнь в институте, в отрасли и в ядерном вооружении страны.

Здесь впервые изложена принципиальная физическая схема водородной бомбы с радиационной имплозией основного термоядерного узла, дано научное и инженерное обоснование ее работоспособности и описаны перспективы возможных путей дальнейшего совершенствования.

Ситуация заключалась в том, что проект водородной бомбы РДС-6т (труба) оказался несостоятелен в физическом и практическом отношении. Проект РДС-6с (слойка) оказался ограниченным по мощности. Было известно, что в США уже есть водородная бомба значительно большей мощности. Это беспокоило начальство и было укором для нас, физиков.

Проекты «трубы» и «слойки» научили нас физике высоких давлений и температур. Было понятно, что для решения задачи «слойку» необходимо обжать атомным взрывом. «Витало в воздухе» даже применение для этой цели радиационной имплозии, сулившее достичь необходимой симметрии сжатия. Но было неясно, как согласовать во времени моменты достижения необходимого сжатия «слойки» и взрыва её инициатора, притом с необходимой мощностью. Это и увидел Д.А.Франк-Каменецкий раньше других.

До недавнего времени отчёт был закрытым. Только теперь стало ясно, почему тогда вдруг была прекращена работа над проектами «трубы» и «слойки». Почему внутри коллектива теоретиков были сняты барьеры секретности и организована коллективная авральная работа теоретиков по новому проекту «методом народной стройки» (шутил Зельдович).

Давид Альбертович не был приспособлен к авральной работе, он заболел.

Уже через полгода был выпущен знаменитый расчётно-теоретический отчёт: «Опытное устройство для проверки принципа окружения». На титульном листе 31 фамилия теоретиков, включая Франк-Каменецкого. Но среди 15 подписавших отчёт, его фамилии, к сожалению, нет. После болезни он поставил свой стол в нашей с Н. А. Дмитриевым комнате, повесил на стене за спиной записку: «MEMENTO MORI» (помни о смерти) и стал заниматься астрофизикой.

Испытание водородного заряда РДС-37 22 ноября 1955 года было триумфальным. Д.А.Франк-Каменецкий в числе участников разработки был награжден орденом «Трудового Красного Знамени».

В феврале 1956 года по приглашению И. В. Курчатова он уехал в Москву в институт Атомной энергии. Его новой специальностью стала физика плазмы.
Об этом Давид Альбертович пишет в книге «Плазма  четвёртое состояние вещества», неоднократно переиздававшейся у нас и переведенной на болгарский, польский, чешский, немецкий и японский языки.

«Идея этой книги принадлежит покойному Игорю Васильевичу Курчатову. Он предложил автору изложить основы физики плазмы без лишней математики, но с достаточной полнотой. Это оказалось нелёгкой задачей. Чтобы объяснить физическую картину явлений в плазме, не прибегая к громоздким формулам, нужно было тщательно продумать её. Книга не застала в живых вдохновителя, которому автор может только выразить свою запоздалую, но самую глубокую признательность».

В институте Атомной энергии Д.А.Франк-Каменецкий до самой кончины возглавлял специализированную лабораторию физики плазмы, а в Московском физико-техническом институте — кафедру физики плазмы, им же организованную. Его учебник «Лекции по физике плазмы» издан Атомиздатом в 1964 году и получили широкую известность.

В институте Атомной энергии Давид Альбертович впервые чётко поставил задачу о нагреве плазмы за счёт диссипации энергии волн, возбуждаемых внешним источником колебаний. Он теоретически предсказал важное для проблемы управляемого термоядерного синтеза Д-Т ядер, фундаментальное явление магнито-звукового резонанса, которое затем было экспериментально обнаружено при его непосредственном участии. С помощью этого метода удалось нагреть плотную водородную и гелиевую плазму до высоких киловольтных температур.

В монографии «Физические процессы внутри звёзд», изданной в 1959 году, Франк-Каменецкий на основе современной ядерной и атомной физики мастерски излил проблемы спокойной эволюции звёзд, нагретых до температуры миллионов градусов. Он решил задачу и об усилении ударных волн при взрыве звёзд. Этим он объяснил изменение блеска сверхновых звёзд.

Широта эрудиции, энциклопедические знания, литературный талант, умение сказать просто и ясно о самом сложном принесли ему славу яркого пропагандиста знаний в области естественных наук. Он автор целого ряда научно-популярных книг: «Энергия в природе технике», «Образование химических элементов в недрах звёзд», «Ядерная астрофизика» и др.

Последние десять лет он был заместителем главного редактора журнала «Природа». В статьях и заметках он писал о достижениях науки, обсуждал принципиальные философские проблемы. Большую известность получили его лекции по проблемам естествознания и блестящие выступления по радио и телевидению.

Давид Альбертович был человеком большого личного обаяния и благородства. Он обладал неисчерпаемым оптимизмом, неизменной доброжелательностью и всегда щедро делился с ученикам и сотрудниками идеями, которые генерировал.

Он умер от сердечного приступа 2 июня 1970 года, не дожив до шестидесятилетия двух месяцев. Он оставил глубокий след в Науке. В некрологе в декабрьском номере 1970 года журнала «Успехи физических наук» из-за существовавшей тогда закрытости ядерных дел, не упомянут 8-летний период его работы во ВНИИЭФ, когда им были получены основные по значимости, масштабу и следствиям результаты.

Мы можем исправить эту несправедливость, и выразить свою запоздалую, но самую глубокую признательность. Вклад Д. А..Франк-Каменецкого в создание атомного и водородного ядерного оружия нашей страны столь уникален и столь велик, что и его портрет, безусловно, должен быть представлен в музее ядерного оружия ВНИИЭФ.

В.Н.Родигин