 |
«Уроборос» 4 страница
|
|
|
|
Будто в яхонтовой литейке, что налажена в Горном училище, не токмо яхонты льют, но тако ж и адаманты. Ну как стекло! Возьмут худых камушков дюжинку – да в огонь пышущий. И на тебе – брильянт в сто карат! А то напротив – возьмут брильянт да и пожгут, аки угль. И куда казна глядит…
Дошли те толки до президента Берг‑ коллегии, в велении которой находилось то училище. Тайный советник Соймонов, человек острый умом, многоопытный, только что вернувшийся из путешествий по Европам, быстро прикинул, как тут быть надлежит. На каждый роток не накинешь платок. Да ведь и не всё – лай. В собственном Его Превосходительства присутствии господин профессор Карамышев, Александр Матвеич, демонстрировать изволил сожжение алмаза нарочитой величины. Зрелище паки удивления достойное! Но чтоб сплавить хоть бы две песчинки в одну поболе – то уже сущий навет. А ведь дойдет до матушки‑ государыни, иди доказывай. Надобно таковые нежелательные последствия упредить. А не пригласить ли к себе ввечеру Ивана Ивановича Хемницера – столь отменно себя в путешествии показавшего? Не подчиненного коллежского асессора пригласить, но любезного приятеля? И дело досконально ведает, как есть он того Горного училища чиновник. И изобразить сумеет.
По прошествии немногих дней заместо слухов, передаваемых из уст в уста, появились в домах петербуржцев передаваемые из рук в руки листы. С новой басней молодого сочинителя.
Как бишь велик алмаз тебе казали.
Который сплавили? Я, право, позабыл.
В фунт, кажется, ты говорил?
– Так точно, в фунт, – Лжец подтвердил.
– О, это ничего, теперь уж плавить стали
Алмазы в целый пуд.
А в фунтовых алмазах тут
И счет уж потеряли. –
|
|
|
Лжец видит, что за ложь хотят ему платить,
Уж весу не посмел прибавить,
И лжой алмаз побольше сплавить.
Сказал: «Ну, так и быть:
Фунт пуду должен уступить».
Финал этой славной истории наступил через двести, без малого, лет. В 1966 году уже упоминавшийся на этих страницах американец Холл решил осуществить то, о чем мечтали еще современники русского баснописца. Он взял мелкие кристаллики искусственного алмаза, поместил их снова в пресс и вынул оттуда один‑ единственный, зато суммарного размера камень. Сплавил!
Уроборос? Не совсем.
Холл получил не монокристалл, а поликристалл – черный и непрозрачный материал из проросших друг в друга кристалликов.
Тем не менее он тут же объявил о своем достижении, а фирма, на которую Холл трудился, начала продажу нового алмазного материала – спёка.
Дело в том, что крупные алмазы нужны не только для украшений. Прежде всего нужны они для сверления, бурения и прочих операций, когда приходится иметь дело с обработкой твердых материалов, плохо поддающихся даже лучшим вольфрамовым сплавам. В этом случае и прежде, когда искусственных алмазов не существовало, прозрачным монокристаллам алмаза предпочитали не годящиеся на ювелирные поделки, но более прочные поликристаллы. Их именовали карбонадо – от «карбо», уголь. Из‑ за черного цвета.
…Прошел год‑ другой, и стало ясно, что алмазный спёк все же уступает по прочности природным карбонадо. Алмазное вещество одних кристалликов недостаточно глубоко внедрялось в другие кристаллики, инструменты, оснащенные спёком, выходили из строя довольно быстро.
Верещагин с самого начала пошел другим путем.
Вторая беседа с Верещагиным. Продолжение
– Мы пробовали делать монокристаллы побольше. Чтоб добраться до предела. Полмиллиметра – еще хорошие. Прозрачные. Сделали чуть ли не в сантиметр. Прозрачность ухудшилась. Прочность ухудшалась. Масса включений, графит, железо, нарушения решетки. И все же сделали крупный алмаз – но не монокристалл, а поликристалл.
|
|
|
– Это хуже?
– Смотря для чего. Для бура лучше. Для резца лучше. Для подвесок королевы не годится совсем. Но королев теперь мало, а буров и резцов много. Правда, был случай, когда из нашего карбонадо сделали четыре короны. Но опыт оказался неудачным.
– Настоящие короны?
– Две для королей и две для королев.
– Серьезно?
– Совершенно серьезно. Шахматы в подарок Спасскому. Алмазные шахматы чемпиона. А он взял да и проиграл Фишеру.
– Так что короны лучше делать из монокристаллов?
– Безусловно.
– Скажите, пожалуйста, какими идеями вы руководствовались, решая проблему синтеза карбонадо?
– Идей не было. Был случай. Но, конечно, его надо было заметить. Я вам, кажется, рассказывал про гравировальные карандаши.
– Которые подарили Капице с Арцимовичем?
– Да, да. Теперь мы вспомнили о том материале. По‑ видимому, прорастание одних кристаллов в другие шло там с самого начала, с самых зародышей. Подняли старые лабораторные журналы. Повторили опыты. Поварьировали. И получили крепчайшие карбонадные блоки.
…Дрессированный Уроборос…
Вторая беседа с Верещагиным. Окончание
– В Штатах карат карбонадо стоит 25 долларов. Приезжал к нам министр финансов…
– Американский?
– Ну, зачем… Мы привели его в прессовый зал. Показали, как получаем карбонадо. На изготовление одного поликристалла уходит ровно секунда. Секунда – 25 долларов. Секунда – 25 долларов.
– Понравилось?
– Понравилось. Еще больше понравился поликристалл в 20 карат. Такие на мировом рынке идут по две тысячи долларов…
Меня тоже приводили в прессовый зал института.
Цех как цех. Размером – со средней руки мартеновский. Под крышей ходит мостовой кран. А внизу круглые башни и башенки – прессы. Маленькие – тысячетонные, побольше – на пять тысяч тонн, самые большие – на десять тысяч. Числа эти – не вес пресса, а усилие на поршне. С такой силой поршень давит на наковальню, на которой вы можете располагать все, что вам угодно сдавить.
Показывали мне и как делают карбонадо. Выглядит это совсем не завлекательно. Графитовую облатку вкладывают в пресс, нажимают кнопку, секунда – и из камеры извлекается такая же на вид облатка, но уже не графитовая, а карбонадная.
|
|
|
Отработанный процесс. Не интересно.
Куда интересней показалась мне небольшая комнатенка неподалеку от прессового зала. Там стоял обыкновенный токарный станочек, и старик мастер ладил в держателе резец с темной вставочкой.
– Алмаз? – спрашиваю я.
– Ка‑ эн‑ бе, – отвечает мастер.
– Но кубический нитрид бора – оранжевый…
– Карбонадо, карбонадо из ка‑ эн‑ бе, – терпеливо втолковывают мне.
Вот так, заодно с алмазом, проходил метаморфозы и нитрид бора, боразон. Прав, трижды прав был Арцимович – оба вещества надо было держать в одних руках.
Мастер не торопится, подводит резец к покрытой коркой окалины стальной болванке и раз, и два. Наконец включает станок.
Редкой красоты зрелище – проточка стального вала карбонадно‑ боразоновым резцом! Без эмульсии, всухую, в праздничном салюте искр завивается кружевом бесконечная прозрачно‑ багровая стружка. А там, где только что прошел резец, не привычные бороздки – гладкая, полированная поверхность, зеркало, смотреться можно.
Так же хороши и алмазные поликристаллы – только не для стали, а для других материалов – для бронзы, для титана, для алюминия, для стекла, для гранита, да мало ли для чего.
А еще можно делать из них камеры для выращивания новых диковинных веществ. Например, металлического водорода или металлического ксенона. Их получили здесь, в ИФВД, совсем недавно – впервые в мире.
Твердосплавные камеры, в которых велся и сейчас ведется синтез алмазов и КНБ, невелики объемом – считанные кубические сантиметры. Карбонадные могут быть уже кубиков на сто.
Но до камер размером в комнату, о которых говорил Верещагин, все еще далеко.
Значит, и до алмазов с голубиное яйцо – тоже?
Самый прочный твердый сплав, из карбида вольфрама, и даже самый прочный алмазный поликристалл не могут сколь угодно долго сопротивляться одновременному напору вулканических температур и вулканических давлений. Секунды – может, минуты – может. Часы – уже с трудом.
|
|
|
В 1971 году Стронг и Банди в лаборатории «Дженерал электрик» поставили рекорд: их камера, наполненная алмазным порошком, продержалась десять суток. Она одарила исследователей прекрасно ограненными, прозрачными, как слеза, кристаллами весом в полкарата.
Это оказалось пределом.
И тогда снова воспрянули духом сторонники низких давлений.
Тише едешь – дальше будешь.
Но сколько же нужно времени, чтоб уехать далеко на первой скорости?
Беседа с доктором физико‑ математических наук Давидом Альбертовичем Франк‑ Каменецким
– Мне говорили, чтобы вырастить, не прибегая к высоким давлениям, алмаз весом в один грамм, нужен один год. Это ваши данные?
– Мои. Но очень старые. Хотя нового тут ожидать трудно.
Еще до войны хотел посчитать процессы с затравкой. Не было времени, а потом эвакуация в Казань, все для победы, а тут еще самообеспечение. Важнейшее зимнее дело – дрова. Как‑ то пилил и задел правую руку. Не работник. Но голова цела и свободна. Целых три дня свободна. И я посчитал. Для роста кристалла алмаза из жидкой фазы. В расплаве. И для роста из газовой фазы. При разных давлениях, при разных температурах. То, что тремя годами ранее мой коллега Лейпунский посчитал без затравки, я посчитал с затравкой. Получилось – многие процессы вполне возможны. Проходят.
– Когда это было?
– Январь или февраль сорок второго.
– А дальше?
– Выздоровел и пошел в лабораторию. Все для победы.
– А как же с алмазами?
– Оформил краткий отчет. Он так и остался в фондах Химфизики. Печатать тогда было несвоевременно.
– А после войны?
– Пошли другие заботы. Прямо как есть печатать нельзя. Время ушло, появились новые эксперименты. Что‑ то надо уточнить, что‑ то развить. А времени не было. Потом и вовсе устарело…
Во второй половине пятидесятых годов процессами с алмазной затравкой занялся крупнейший знаток поверхностных сил Борис Владимирович Дерягин. Он и рассказал мне о давней, военного времени, работе известного советского физика, которую раскопали в архивах уже после того, как такие же расчеты были проделаны заново.
Пути прогресса прямо‑ таки истоптаны Уроборосом.
Время, когда Дерягин начал эту свою работу в московском Институте физхимии, ушло далеко вперед от того времени, когда над теми же проблемами думали в Химфизике. И от того, когда Алексей Васильевич Шубников со товарищи пытался решить их в Институте кристаллографии. Созданные кристаллографами методы выращивания пьезокварца, рубина с сапфиром, монокристаллического кремния и германия, иных замечательных кристаллов легли в основу целой новой отрасли промышленности. Искусственные кристаллы стали материальной базой новой отрасли науки и техники – электроники. Бытом стал транзистор, реальностью лазер, ЭВМ, солнечные батареи спутников и дальних разведчиков Космоса. Тайны зарождения и роста кристаллов раскрывались одна за другой.
|
|
|
В кристалле алмаза атомы углерода крепко сцеплены друг с другом. У каждого атома четыре валентных электрона. Четыре руки. «Возьмемся за руки, друзья, возьмемся за руки, друзья, чтоб не пропасть поодиночке». Так взялись, что крепче и не бывает. Оттого и тверд алмаз. Как алмаз.
Но вот атом очутился не внутри кристалла, а на его поверхности. Одна рука, а то и две руки у него не заняты, не связаны с соседскими – сверху соседей нет. Как на крыше. Свободные руки торчат над крышей, готовые схватить любой неосторожно приблизившийся атом. Кислород так кислород. Азот так азот. Углерод так углерод. Какой угодно.
Если свободной рукой кристалл схватит приблизившийся атом углерода, атом этот тут же пристроится к имеющимся собратьям. Кристалл подрастет. Если свободная рука схватит из воздуха что‑ то другое, ну хоть атом кислорода, то рука перестанет быть свободной. И если потом ей навстречу протянет свою руку приблизившийся атом углерода, то взяться за руки друзья уже не смогут. «Пардон, я занята». Кристалл не подрастет.
Отсюда вывод. Поверхность выращиваемого кристалла должна быть абсолютно чистой, незахватанной, свежей, кристаллографы говорят – «ювенильной», девственной. Итак, требуется девственность.
Что еще нужно для строительства алмазного дома? Алмазные кирпичи. Наличие в окружающем зародыш пространстве свободных атомов углерода. Иначе – из чего строить. (Или, продолжая другую модель, – засидишься в девицах. )
Что еще? Еще нужно, чтобы порхающие вокруг затравки атомы углерода были достаточно энергичными. Проще – достаточно горячими. Ведь руки у них электронные, как и у тех атомов, что на крыше. И те и те, следовательно, заряжены одинаково отрицательно. Обыкновение одноименно заряженных тел не притягиваться, а отталкиваться общеизвестно. Чтобы превозмочь силы отталкивания и как следует сблизиться, всегда (при всех моделях! ) приходится расходовать немалую энергию.
Теперь все? Нет. Нужно, чтобы предложение не превышало спрос. Чтобы порхающих атомов было не слишком много. Чтобы высунувшиеся из кристалла руки успевали подхватывать и укладывать их на нужные места. Иначе новые кирпичи будут валиться как попало. И вместо аккуратного блистательного алмазного слоя на затравочном кристалле появится черная сажа. (Аналогии в иных моделях читатель может поискать самостоятельно. )
Вот сколько условий надо соблюсти, чтобы строительство алмазного дома на алмазном фундаменте шло успешно.
Конечно же ни Хэнней, ни Болтон, ни Хрущов с Муассаном, ни Каразин, ни Ломоносов об этом и не подозревали. А без этих знаний (просвещенья дух! ) редчайшее стечение обстоятельств могло приводить лишь к единичным удачам, повторить которые, естественно, никто не мог. Будь он хоть семи пядей во лбу.
Борис Владимирович все подсчитал точно. И каков будет спрос. И с какой горячностью должно поступать предложение. И т. д. и т. п. И вместе со своими помощниками создал нужную аппаратуру.
В одних аппаратах затравочные кристаллики погружались в расплавленный металл, насыщенный атомами углерода. В других аппаратах дело происходило без расплавленного металла, а вокруг кристаллика был какой‑ нибудь газ, в состав которого обязательно входили углеродные атомы.
Опыты шли день и ночь.
– В этой самой комнате человек впервые увидел собственными глазами, как растет алмаз! – не без торжественности возвестил Дмитрий Валерьянович Федосеев, ближайший сотрудник Дерягина.
И подвел меня к аппарату.
И вручил защитный колпак – вроде того, каким пользуются сварщики.
С некоторым недоумением оглядел я установку. Покрытая тоненьким металлическим кожухом, весьма несолидная по габаритам, она не выдерживала никакого сравнения с внушительными тушами прессового зала. Думаю, даже Каразин, даже Хрущов тоже удивились бы скромным размерам алмазоделательной установки конца XX века.
Но еще больше удивились бы они, несомненно, ювелирной точности процедуры. Точнейшей регулировке температуры и состава реагирующих веществ. Возможности наблюдать за тем, что происходит в любую секунду алмазотворения.
Прикрыв глаза колпаком, я заглянул в прорезанное в кожухе круглое оконце с лупой. В тонкой, как волос, проволочной петельке висел крохотный алмазик с треугольной гранью.
Лейпунский писал: «Трудность такого опыта заключается в надлежащем подборе температуры кристаллизации». Ну какой уж там подбор мог быть в ружейных стволах Хэннея и пушечных – Парсонса? В серебряном слитке Хрущова? В дуговой печи Болтона?
А тут, за кожухом, тепло, излучаемое ксеноновой лампой, фокусировалось параболическим зеркалом точно на грани кристаллика. Поворот реостата – лампа чуть жарче, поворот в обратную сторону – лампа чуть холодней. Кристаллик нагревается ровно на столько градусов, сколько нужно экспериментатору. С такой же тщательностью отмеряются и порции доставляемых к кристаллику атомов углерода.
Перед уходом из института, к вечеру, я снова заглянул в аппарат. На треугольной алмазной поверхности возвышался алмазный же бугорок. Едва заметный – но утром я еще не разглядел никакого.
На алмазном фундаменте начал строиться алмазный дом.
С того памятного мне дня минуло уже десять лет.
Сделать из маленького алмаза большой алмаз пока не удалось никому.
Чего‑ то мы еще не знаем. Чего‑ то мы еще не умеем.
Не исключено, что прав был Верещагин, считавший авантюрой любую попытку синтезировать крупные кристаллы и что надо ждать времен, когда станут доступными камеры такого размера, в каких создает свои сокровища природа.
Но не исключено и другое. Возьмет вдруг и явится вновь старина Уроборос, дракон, кусающий свой хвост. И то, что вчера, на прежнем витке познания, было отброшено как недостойный внимания казус или попросту забыто, завтра, на новом витке, приведет к долгожданному успеху.
Наш мир только прикидывается евклидовым, а пути творческого вдохновения неисповедимы…
Postcriptum. Когда этот очерк уже был в типографии, в английском журнале «Nature» появилось новое сообщение об алмазах на небе. Физики смоделировали процессы, происходящие в недрах Урана и Нептуна, и пришли к выводу, что каменистые ядра этих планет покрыты толстым слоем алмазов.
|
|
|
