Эффект Померанчука: к 110-летию основателя школы теории ядерных реакторов

Ученик Ландау, помощник Курчатова, друг Зельдовича, основатель советской школы теории ядерных реакторов, академик, чьим именем названы многие явления и эффекты. 110 лет назад родился Исаак Померанчук, человек уникального таланта и поразительной силы духа — ​даже тяжелая болезнь дала ему повод заняться темой протонной терапии.

«Звали мы его Юзеком»

Исаак Померанчук появился на свет 20 мая 1913 года в Варшаве. Его отец был инженером-химиком, мать — зубным врачом. В 1923 году семья переехала в местечко Рубежное на Донбассе, где Исаак окончил семилетку и фабрично-заводское училище. В 1931 году поступил в Ивановский химико-технологический институт, но после второго курса перевелся на физико-механический факультет Ленинградского политехнического института.

Абрам Кикоин, младший брат академика Исаака Кикоина, учившийся на одном курсе с Померанчуком, вспоминает: «Поначалу он был в группе малозаметен. Маленького роста, очень худой, в очках в простой металлической оправе, со всегда сжатыми губами… Звали мы его Юзеком. Скоро выяснилось, что Юзек — ​один из способнейших студентов группы. Было также ясно, что это будущий теоретик. Аналитическую механику читал у нас Яков Френкель. Он, несомненно, был светилом. Однако скоро мы перестали понимать нашего лектора. И каким-то утешением для меня было то, что его не понимал и «сам Юзек». Я пожаловался старшему брату, который предположил, что лекции нам читают по переводам иностранных изданий. На другой день я узнал, что Яков Ильич переводил книгу Борна «Atommechanik». Я показал книгу Юзеку, мы перевели ее, и он не только быстро разобрался в курсе, но и объяснил мне его смысл удивительно ясно. И, по всей вероятности, объяснил не только мне, так как вся группа сдала экзамен благополучно».

Дау и Чук

В 1936 году Померанчук поступил в аспирантуру Харьковского физико-технического института. Годом раньше всего за два месяца сдал Льву Ландау его «теоретический минимум» — ​большинству на эти 11 экзаменов по основным разделам математики и физики требовалось несколько лет. Под руководством Ландау Померанчук занялся научной работой. Дау и Чук (прозвища придумал Ландау) сохранили глубокое взаимное уважение на всю жизнь.

В 1938 году Померанчук уехал в Ленинград, защитил кандидатскую диссертацию, стал преподавателем в Ленинградском университете и младшим научным сотрудником в Физико-техническом институте. Яков Зельдович, близко знавший Померанчука, вспоминает комический эпизод: по приезде тот потерял одну галошу, все бросились на поиски, и наутро было найдено 12 левых галош разного размера.

Школа теории ядерных реакторов

В 1943 году Померанчука привлекли к работе в атомном проекте и назначили заведующим сектором в Лаборатории № 2 (сейчас НИЦ «Курчатовский институт»). Он стал одним из ближайших помощников Игоря Курчатова и возглавил разработку теории атомных реакторов. Померанчуку принадлежит теория гетерогенных (разнородных) ядерных реакторов, на основе которой был построен первый реактор в Лаборатории измерительных приборов АН СССР и все последующие ядерные установки в стране. Еще более фундаментальный вклад — ​теория резонансного поглощения нейтронов в гетерогенных системах. Как сейчас хорошо известно, только гетерогенное размещение блоков урана в замедлителе позволяет эффективно осуществить незатухающую цепную реакцию в системах из естественного урана и замедлителя. Несмотря на внешнюю простоту, эта теория дала глубокую физическую картину явления. Можно без преувеличения сказать, что советская школа теории ядерных реакторов в значительной мере создана Исааком Померанчуком.

В 1946 году он основал теоретический отдел Лаборатории № 3 (сейчас Институт теоретической и экспериментальной физики им. Алиханова, ИТЭФ) и стал его научным руководителем. Померанчук занимал эту должность до последних дней своей жизни.

Именем ученого

Начало 1950‑х годов, когда в лабораториях начали искусственно получать мезоны, стало временем зарождения физики элементарных частиц в современном смысле этого слова. Интерес Померанчука все больше концентрировался на проблеме сильных взаимодействий элементарных частиц. Он теоретически предсказал множество интересных явлений, которые позже обнаруживались в ходе экспериментов. Так, эффект Померанчука есть в физике твердого тела, физике низких температур, электродинамике электронов, позитронов и мезонов, в других областях физики. Именем Померанчука называется основной реджевский полюс, метод получения сверхнизких температур в жидком гелии‑3. В 1958 году Померанчук сформулировал теорему о равенстве сечений взаимодействия частицы и античастицы с нуклоном при предельно высоких энергиях, создав новое направление в физике частиц — ​физику асимптотически высоких энергий.

«Приходите, когда мне будет лучше»

Когда в 1965 году врачи обнаружили у ученого рак пищевода и назначили облучение гамма-квантами кобальта, он инициировал работы по лучевой терапии на протонных ускорителях, поскольку протонный пучок повреждает здоровые ткани в меньшей степени, чем пучки гамма-квантов и электронов. Через три года после смерти Исаака Померанчука медицинский пучок на протонном ускорителе ИТЭФ заработал. На нем прошли облучение тысячи пациентов.

Свою последнюю работу о полном сечении аннигиляции электронно-позитронных пар в адроны при высоких энергиях Померанчук закончил за два дня до смерти. Он до конца не терял присутствия духа. «Чук смертельно больной лежит дома, — ​вспоминал Зельдович. — ​При мне звонит врач и хочет прийти. Чук отвечает: «Нет, сегодня я плохо себя чувствую, приходите на днях, когда мне будет лучше».