Эта статья выходит к юбилею реактора ВВР-М, но должна была бы появиться на два года раньше, когда отмечалось столетие со дня рождения Л.И. Русинова. К сожалению, это событие осталось практически незамеченным, и мне захотелось сейчас как-то компенсировать это упущение.

Лев Ильич родился в апреле 1907 г. в Минске. Его биография является типичной для первого поколения советской интеллигенции – школа-семилетка, техникум, двухлетняя производственная практика, институт, аспирантура, научная работа.

Во время обучения в Ленинградском политехническом институте Л.И.Русинов был председателем студенческого научно-технического общества физиков, получал почетную стипендию Физико-технического института. После окончания института его оставили работать секретарем учебной части Физико-механического факультета, но в 1931 г. он поступил в аспирантуру ФТИ к профессору И.В.Курчатову. Близость к этому человеку определила весь жизненный путь Льва Ильича.

В аспирантуре Л.И.Русинов работал над «созданием советских разрядников для защиты высоковольтных линий передач и выяснения механизма их действия». Результаты этой работы стали предметом его первых публикаций и легли в основу кандидатской диссертации, которую он успешно защитил в 1934 г. На основе этих работ по саморегулирующимся сопротивлениям были разработаны карборундовые разрядники, которые нашли широкое народно-хозяйственное применение. В многочисленных характеристиках (неотъемлемая черта времени) И.В.Курчатов подчеркивает незаурядные способности, инициативность и самостоятельность молодого ученого.

После защиты диссертации Л.И.Русинов включился в ядерно-физические исследования. В то время это был передовой край фундаментальной науки, и в первой же работе курчатовской лаборатории при изучении радиоактивности брома было сделано замечательное открытие – обнаружено явление искусственной изомерии (авторы И.В.Курчатов, Б.В.Курчатов, Л.В.Мысовский, Л.И.Русинов, 1935 г.). Примечательно, что статья была сразу написана на французском языке и опубликована в том же году во французском журнале, не было никаких «предварительных» публикаций. Авторы отчетливо осознавали значение своей работы и старались донести свой результат до мирового ядерного сообщества. Выбор Франции, где в то время успешно работали супруги Жолио-Кюри, был практически единственной возможностью для такой публикации.

Природная изомерия атомных ядер была открыта О.Ганом в 1921 г. и представлена единственным примером распада протактиния. При измерении периода его полураспада отчетливо выделяются два значения. Это означает, что распад идет из двух состояний ядра протактиния – основного и изомерного. Последнее по каким-то причинам является метастабильным и имеет характеристики принципиально отличающие его от основного состояния.

И.В.Курчатовым и Л.И.Русиновым с соавторами (именно так во многих документах) было показано, что при облучении препарата брома нейтронами образуются «три радиоактивных ядра» (измерено три периода полураспада), а не два, как было ранее установлено Э.Ферми. Радиохимическими методами (по-видимому, это делали Б.В.Курчатов и Л.В.Мысовский) было доказано, что все они являются изотопами брома, а тщательные измерения периодов полураспада привели к выводу, что ⁸⁰Br подобно протактинию распадается из двух состояний, основного и «изомерного». После этого открытия, явление изомерии было обнаружено у многих радиоактивных ядер. С течением времени и углублением понимания природы явления отпала необходимость различать искусственную и природную изомерию.

В следующие годы Л.И.Русинов продолжал исследования ядерной изомерии. Совместно с А.А.Юзефовичем ими было обнаружено электронное излучение, связанное с процессами внутренней конверсии при распаде изомерного состояния в броме. Это было первым экспериментальным доказательством того, что изомерия определяется возбужденным метастабильным состоянием и обусловлена большой разницей угловых моментов в основном и изомерном состояниях. Изучение мягкого гамма-излучения, сопровождающего каскадный распад изомера, позволило построить схему уровней ядра ⁸⁰Br и определить энергию изомерного состояния.

В 1939-40 гг. Л.И.Русинов и Г.Н.Флеров проводили опыты по делению урана. Ими независимо и практически одновременно с зарубежными исследователями было показано, что тепловыми нейтронами делится легкий изотоп урана, захват нейтронов тяжелым изотопом приводит к образованию трансурановых элементов, а число нейтронов, образующихся в одном акте деления, равно 3±1. Это были последние открытые публикации по урановой проблеме в новом тогда журнале «Известия АН СССР, серия физическая». Как известно, с 1940 г. публикации новых результатов в области ядерной физики прекратились.

Во время войны Л.И.Русинов был эвакуирован с институтом в Казань и работал по оборонной тематике. В 1944 г. он защитил докторскую диссертацию «Исследование изомерии атомных ядер». После возвращения в Ленинград Л.И.Русинов, как большинство квалифицированных ядерщиков был привлечен к работам по «спецтематике». За выполнение «важного правительственного задания» он был награжден орденом Ленина с присвоением звания лауреата Сталинской премии II степени.

Л.И.Русинов никогда не терял интереса к изомерам – главному делу своей жизни. Так уже в 1947 г. они вместе с А.С.Карамяном предложили новый физический метод сепарации ядерных изомеров. Разделение было основано на выделении электрическим полем радиоактивных атомов брома из облученного медленными нейтронами бромистого этила.

Как только появились первые сообщения об оболочечной модели ядра, Л.И.Русинов взялся за проверку ее выводов для ряда изомеров: в цинке, селене, ниобии и др. (в этих работах принимали участие В.С.Гвоздев, Г.М.Драбкин, Ю.Л.Хазов и др.). Как правило, оболочечная модель давала разумное согласие с экспериментом. Молодой теоретик Д.А.Варшалович был привлечен для проведения этих расчетов. Особенно интересным оказался случай изомерного состояния в ¹⁸⁰Hf, его время жизни на 16 порядков превосходит одночастичную оценку. Этот случай относится к так называемому К-запрету.

Под руководством Л.И.Русинова в 1959 г. была выполнена одна из первых работ В.М.Лобашева и В.А.Назаренко, посвященная исследованию поляризационной бета-гамма корреляции в распаде ⁶⁰Co. Впоследствии изомерный переход в ¹⁷⁵Lu был ими использован для исследования циркулярной поляризации. Этот тончайший эксперимент привел к открытию явления несохранения пространственной четности в ядерных переходах, а его авторы были удостоены Ленинской премии.

Мощный запрет на электромагнитный переход привлекает внимание физиков к изомерным состояниям, когда необходимо выделить какое-то дополнительное «слабое» взаимодействие. В опытах В.М.Лобашева с соавторами это было настоящее слабое взаимодействие. По сути, использование изомерного перехода позволило эффективно увеличить эффект примеси слабого взаимодействия и, в конечном счете, явно выделить его.

Самой красивой, на мой взгляд, демонстрацией физического смысла явления ядерной изомерии была работа И.А.Кондурова, Е.М.Коротких и Ю.В.Петрова 1980 г. об ускорении нейтронов в среде, обогащенной изомерами. Идея состояла в том, что нейтрон может неупруго взаимодействовать с изомером, унося энергию его возбуждения. Проще говоря, в этом процессе нейтрон поглощается ядром ¹⁵²Eu в изомерном состоянии, а затем испускается из дочернего ядра с энергией, превышающей характерное значение для нейтронного захвата ядрами в основном состоянии.

Другим изящным применением изомерного перехода является работа А.В.Дербина, выполненная в конце 90-х годов, по поиску «невидимых» аксионов в ядерных переходах. Изомерный переход в ¹²⁵Te является каскадом переходов магнитного типа. Один из переходов может сопровождаться испусканием гипотетической частицы – аксиона, с очень маленькой вероятностью. Установленные в этом опыте экспериментальные ограничения на свойства аксиона являются лучшими в лабораторных условиях.

После принятия решения о строительстве в ФТИ исследовательского ядерного реактора Л.И.Русинов становится его научным руководителем. Он ведет большую работу по модернизации проекта и созданию современного исследовательского реактора с рекордным потоком нейтронов до 10¹⁴ н/см². Доклад об этой работе совместно с Г.В.Скорняковым и В.А.Шустовым был одной из его последних публикаций Л.И.Русинова. Вскоре после пуска реактора, в 1960 г., Льва Ильича не стало. Он пережил своего учителя И.В.Курчатова всего на три месяца. Осталась неопубликованной их книга «Изомерия атомных ядер».

В настоящее время известно большое количество ядерных изомеров. Они имеют различную природу. Кроме изомеров с аномальными значениями спина и четности различают изомеры формы. В последнем случае форма ядра в изомерном состоянии значительно отличается от формы ниже лежащих состояний, что затрудняет электромагнитный переход и увеличивает время жизни изомерного состояния. Интересны ядерные изомеры деления.

Сейчас никаких спектроскопических исследований природы изомерных состояний не ведется (по крайней мере, мне об этом не известно). Однако к ним проявляется интерес как к «аккумуляторам» энергии. В изомерных состояниях запасена их энергия возбуждения. Она имеет «ядерный» масштаб и очень велика по сравнению с «химической» энергией. В обычных условиях изомеры распадаются независимо, и запасенная в них энергия выделяется постепенно за время сравнимое с временем жизни. Однако, если организовать вынужденный переход и создать условия для одновременной разрядки всех изомеров, запасенная в них энергия выделится за очень короткое время. Спусковым механизмом для вынужденных переходов может быть, например, излучение мощного лазера. Перспективы дальнейшего применения такой «изомерной батарейки» ограничиваются только возможностями (не всегда мирными) человеческой фантазии…

Целью этой юбилейной заметки было лишний раз обратить внимание общественности на тезис, что «нет ничего более практичного, чем хорошая теория». Уже 50 лет нет Льва Ильича Русинова, все это время работает наш реактор, а главное дело его жизни – ядерная изомерия – продолжается и живет в нашем институте.

И.А.Митропольский