Сергей Вавилов

Глава IX РЫЦАРЬ ДОБРОЙ СИЛЫ

Когда предки современных экспериментаторов — алхимики — в поисках «философского камня» приближались к двери, ведущей к раскрытию тайны тончайшего строения материи, они догадывались, что за этой дверью их ждет не только рецепт превращения одних веществ в другие, но и некая фантастическая сила, которая сможет причинить как добро, так и зло людям. Задумываясь над последствиями неосторожного обращения с нею, они предупреждали дальнейшие поколения ученых: «Не допускайте в ваши мастерские силу и ее рыцарей, ибо эти люди употребляют во зло священные тайны, ставя их на службу насилию».

Увы, заветы алхимиков были основательно забыты, когда физики штурмовали цитадель атома. Пожалуй, им не придали бы значения, если б их и помнили. Но в то время как большинство ученых не думало об опасностях, таящихся в микромире (и тем порой пассивно помогало злу), были и такие, кто активно и сознательно искал в нем добрую силу, способную помочь людям лучше устроить свою жизнь.

От лица таких ученых замечательный сын Франции Фредерик Жолио-Кюри, получая в 1935 году вместе со своей женой Ирен Нобелевскую премию за открытие явления искусственной радиоактивности, говорил: «Мы отдаем себе отчет в том, что ученые, которые могут создавать и разрушать элементы, способны также осуществлять ядерные реакции взрывного характера… Если удастся осуществить такие реакции в материи, то, по всей вероятности, будет высвобождена в огромных количествах полезная энергия».

Вавилов не был ученым-атомником в широком смысле. Фотоны, которые он изучал, являлись только частью необъятной области простейших частиц материи. Но он исследовал их в их взаимодействии с молекулами и атомами. Он применял законы квантовой механики, и его открытия обогащали теорию и практику науки о микромире. Он раскрывал дверь в мир могучих невидимок и заставлял их работать на человека.

Много на земле профессий, которые по самому своему характеру являются добрыми и которые хорошо совмещаются только с добрыми же людьми. Пример: врачи или учителя. Особенно много таких профессий в нашей стране.

Все открытия Сергея Ивановича, все его замечательные работы в области физической оптики раскрывали только добрые стороны микрокосма. Все они служили благу человека и ничему иному. Сергей Иванович Вавилов был настоящим рыцарем доброй силы, таящейся в недрах вещества и в световых потоках.

Даже самые, казалось бы, отвлеченные теоретические положения Вавилова в конечном счете оборачивались полезными делами практики. Хороший тому пример — история открытия явления, сейчас широко известного как «свечение Вавилова — Черенкова».

В 1932 году, когда Сергей Иванович находился уже в Ленинграде, в его лаборатории на набережной Невы стал работать молодой аспирант Павел Алексеевич Черенков. Подобно многим другим, и Черенков прошел тщательную тренировку для работы в темноте. Свой рабочий день он начинал с того, что добрый час сидел в совершенно темной комнате, ничего не делая, затем подходил к приготовленным заранее приборам и приступал к исследованиям.

Вавилов хорошо разбирался в людях и быстро выносил почти всегда безошибочные суждения о том, что может, а чего не может тот или иной сотрудник. Оценив очень скоро способности и усидчивость своего нового аспиранта, Сергей Иванович поручил ему сложное и длительное исследование люминесценции ураниловых солей под действием жестких невидимых гамма-лучей. Для юноши потянулись долгие, порой окрыляющие, но чаще полные недоумения и загадок дни опытов…

Ураниловая соль, растворенная в воде в определенной концентрации, светится под влиянием гамма-облучения. В полном соответствии с законом Вавилова — Стокса огромные гамма-кванты источника излучения (ампулы с радием) преобразуются в малые кванты видимого света.

Люминесценция налицо.

«Интересно, — рассуждал Черенков, — как она изменится, если увеличить концентрацию? А если, наоборот, разбавить раствор водой? Важна, конечно, не общая картина, а точно выраженный физический закон».

И вот, посоветовавшись с руководителем, аспирант Вавилова доводит концентрацию до некоторого максимума, затем постепенно понижает ее.

Все идет, как ожидалось: меньше растворено солей — меньшая люминесценция. Это естественно, так как холодное свечение вызывается возбуждением молекул соли, а не воды.

Наконец в растворе остаются лишь следы уранила. Теперь уж, разумеется, никакого свечения быть не может.

Но что это? Черенков не верит своим глазам.

Уранила осталась гомеопатическая доза, а свечение продолжается. Правда, очень слабое, но продолжается. В чем дело?

Черенков выливает жидкость, тщательно промывает сосуд и наливает в него дистиллированную воду. Но что это? Чистая вода светится так же, как и слабый раствор. А ведь до сих пор все были уверены, что дистиллированная вода не способна к люминесценции.

Черенков взволнован и рассказывает своему руководителю о неудачном опыте. Но Сергей Иванович тоже не знает, чем объяснить странное свечение.

— Может быть, вода все-таки не совсем чиста? Не растворяется ли в ней — пусть в самой ничтожной доле — стекло? Стекло засоряет воду, и в результате возникает этот непонятный эффект.

Вавилов советует аспиранту попробовать поставить вместо стеклянного сосуд из другого материала. Черенков берет платиновый тигель и наливает в него чистейшую воду. Под дном сосуда помещается ампула со ста четырьмя миллиграммами радия. Гамма-лучи вырываются из крошечного отверстия ампулы и, пробивая платиновое дно и слой жидкости, попадают в объектив прибора, нацеленного сверху на содержимое тигля.

Снова приспособление к темноте, снова наблюдение, и… опять непонятное свечение.

— Это не люминесценция, — твердо говорит Вавилов. — Это какое-то новое, неизвестное пока науке оптическое явление.

Вскоре всем становится ясно, что в опытах Черепкова имеют место два вида свечения. Один из них — люминесценция. Но люминесценция наблюдается лишь в концентрированных растворах. В дистиллированной воде под влиянием гамма-облучения мерцание вызывается иной причиной…

А как поведут себя иные жидкости? Может быть, дело не в воде?

Аспирант наполняет тигель различными спиртами, толуолом, другими веществами. Всего он испытывает шестнадцать чистейших жидкостей. И слабое свечение наблюдается всегда. Поразительное дело! Оно оказывается очень близким по интенсивности для всех материалов. Разница не превышает 25 процентов. Четыреххлористый углерод светится всех сильнее, изобутановый спирт — всех слабее, но так, что разница их свечений не превышает 25 процентов.

Черенков пытается погасить свечение особыми веществами, считающимися сильнейшими тушителями обычной люминесценции. Он добавляет в жидкости азотнокислое серебро, йодистый калий, анилин… Эффекта никакого. Свечение не прекращается.

По совету руководителя он нагревает жидкость. На люминесценцию это влияет сильно: она ослабевает и прекращается совсем. Но в данном случае яркость свечения нисколько не меняется. Еще одно подтверждение правоты Вавилова, что здесь какое-то особое, доныне неизвестное явление.

Какое же именно?

И вот в 1934 году в «Докладах Академии наук СССР» появляются первые два сообщения о новом виде излучения: П. А. Черенкова, излагающего подробно результаты экспериментов, и С. И. Вавилова. Руководитель высказывает предположение, что свечение вызывается не самими гамма-лучами, а свободными быстрыми электронами, возникающими при прохождении гамма-лучей в среде.

Эта точка зрения была подтверждена впоследствии. Подтвердил ее тот же Черенков, а затем и американские физики Коллинз и Рейлинг.

У таинственного свечения была установлена одна особенность: его нельзя было увидеть, став где ни попало рядом с прибором. Наблюдатель видел свечение только в пределах узкого конуса, ось которого совпадала с направлением гамма-излучения.

Учтя это существенное обстоятельство, Черенков поместил свой прибор в сильное магнитное поле. Он тут же убедился, что поле отклоняет узкий конус свечения в сторону. Но это возможно лишь для электрически заряженных частиц, какими являются электроны, и невозможно для электромагнитных волн, не имеющих заряда.

Источник возникновения электронов был ясен с самого начала: гамма-лучи радия выбивали их из атомов жидкости. Значит, Сергей Иванович прав: свечение вызывается электронами.

Позднее аспирант Вавилова воспользовался непосредственно бета-лучами, представляющими собою, как известно, поток быстрых электронов. Он облучил ими те же жидкости, что и раньше, и получил такой же световой эффект, как при гамма-облучении.

Американцы повторили опыт Черенкова, причем проделали это с большим размахом: они применили мощный поток электронов, ускорив его электростатическим генератором до огромной энергии в 2 миллиона электроновольт. Результаты Коллинза и Рейлинга во всем принципиальном совпали с результатами русского физика.

Итак, загадочное оптическое явление возникает только там, где налицо движение быстрых электронов. Ответ на вопрос № 1 был получен. Вопрос № 2, требовавший ответа, заключался в следующем: как выглядит механизм преобразования движения электронов в движение фотонов необычного свечения?

Если сыпать на сковородку горох, то какая-то доля энергии гороха превратится в звук. Если на пути быстрых электронов поставить металлическое препятствие, то некоторая часть энергии торможения электронов превратится в рентгеновские лучи. Не наблюдается ли чего-нибудь подобного и в черенковских опытах?

Сергей Иванович сперва утвердительно ответил на это. «Да, — таков был смысл его ответа, — черенковское свечение — нечто вроде видимого „хвоста“ невидимого рентгеновского излучения. Явление, наблюдаемое Черенковым, представляет собою сравнительно длинноволновое электромагнитное излучение, потому его и можно наблюдать без помощи флуоресцирующей пластинки — экрана, как рентгеновские лучи».

Подобное объяснение, однако, оказалось неверным. Вскоре (в 1937 году) два советских физика — другой ученик Вавилова И. М. Франк и И. Е. Тамм нашли иное, правильное объяснение. Вкратце оно сводилось к следующему.

Воспользуемся аналогией.

Всем известно, что существуют так называемые сверхзвуковые самолеты. Это аппараты, обгоняющие собственный звук. Узнать об их приближении по реву моторов невозможно. По фронту движения такого самолета перемещается могучая ударная волна. Она порождает определенные механические эффекты.

Электроны свечения Вавилова — Черенкова, как показали Франк и Тамм, это сверхсветовые электроны. Они летят быстрее, чем фотоны света в данной среде (в воде, спирте, воздухе и т. д.), и тоже создают своеобразные ударные волны. Только эти волны не звуковые, а световые.

В пустоте скорость света, как известно, предельно возможная в природе. Поэтому в пустоте даже самые быстрые электроны не могли бы обогнать световые фотоны. Отсюда следствие: явление Вавилова — Черенкова может наблюдаться только в веществе, только в более или менее плотных средах.

Оглядываясь назад, любопытно провести одну историческую аналогию.

В 1932 году английский ученый Джемс Чедвик открыл нейтрон — ключ к расщеплению атома. Годом позже Вавиловым и Черенковым было открыто свечение, названное их именами. Добрых полтора десятка лет открытия-ровесники представляли для физиков лишь академический интерес, не более.

Но наступили сороковые годы, и пути открытий-ровесников разошлись.

Первая крупная практическая «работа» нейтронов привела к уничтожению десятков тысяч человеческих жизней в двух крупнейших городах Японии.

Вскоре было обращено к практической деятельности и черенковское свечение. В 1947 году советский физик В. Л. Гинзбург показал, как с помощью явления Вавилова — Черенкова можно вырабатывать ультракороткие миллиметровые и субмиллиметровые радиоволны. Тогда же были предложены впервые получившие сразу огромное распространение важные физические приборы, достаточно чувствительные для регистрации отдельных фотонов, — так называемые фотоумножители.

С тех пор ученые больше не сидят часами в темноте, изучая оптические явления. Электронные приборы автоматически ведут подсчет фотонов излучения Вавилова — Черенкова, замечая и то, чего не мог бы заметить даже самый натренированный глаз.

Во многих опытах, например при открытии частиц антивещества — антипротона и антинейтрона, — так называемые «черенковские счетчики» сыграли огромную полезную роль.

Выявляется все больше важных областей применения эффекта двух ученых, особенно после того, как было установлено, что этот эффект вызывается не только электронами, но и вообще всеми быстродвижущимися электрически заряженными частицами: мю-мезонами, протонами и другими.

В 1946 году Вавилов вместе с Черенковым, Франком и Таммом получил за развитие теории явления Сталинскую премию.

Голубое сияние сверхскоростных заряженных частиц, открытое в лаборатории Вавилова, скоро и уверенно начало служить благим целям. Позднее именно развитие мирной техники, опирающейся на использование свечения Вавилова — Черенкова, стало той основой, на которой Шведская Академия наук присудила Нобелевскую премию по физике трем советским ученым: П. А. Черенкову, И. М. Франку и И. Е. Тамму.

Сам Сергей Иванович не дожил до этого всемирного признания одного из достижений своей лаборатории: премия была присуждена в 1958 году — семь лет спустя после его кончины. По положению же Нобелевские премии присуждаются лишь прижизненно.

Даже «нечаянные» достижения вавиловской школы оптиков «тяготели» к добру! Тем более это тяготение проявлялось на главном направлении работ С. И. Вавилова — исследований в области люминесценции.

Раскрытие характеристики основных законов холодного свечения и окрыляло замечательного физика и наполняло его чувством величайшей ответственности. Еще одна сила природы разоблачена. Предстояло решить, как заставить ее работать с максимальной пользой для человека.

О том, чтобы переложить решение этой задачи на других, не могло быть и речи. Фаустовский дух исканий не довольствовался радостями на моральной основе: он жаждал и более материального источник ка. Вавилов всегда стремился сам воплощать в осязаемые формы свои теоретические открытия. Для С. И. Вавилова никогда не существовало разделения науки на теоретическую и прикладную. Для него теоретическая наука всегда была органически связана с практикой.

Первые поиски путей практического применения люминесценции начались в двадцатые годы. Напряженная и многосторонняя исследовательская работа велась одновременно с насыщенной преподавательской работой в московских вузах. Было совершенно непостижимо, как Сергей Иванович успевал все делать и всюду добиваться успеха.

Ольга Михайловна рассказывала автору этих строк о том периоде жизни своего супруга:

— Это было время страшно напряженной работы. Духовная зрелость Сергея Ивановича, поразившая меня еще при первой нашей встрече, превратилась в огромную мощь. Он все время о чем-то думал, все время старался что-то разрешить. И все время в нем была какая-то детская серьезность, серьезность без тени позы. За это его все уважали и в то же время чуть побаивались. Даже академики.

Иногда я говорила ему: «Нельзя целиком уходить в умозрение. Нельзя все превращать в личное». Порой шутила: «Корни учения горьки, но и плоды их тоже». Он только улыбался и пожимал плечами. Зато, когда находил решение, он весь преображался, У него было страшно хитрое, счастливое лицо.

В двадцатых же годах под наблюдением Вавилова были получены первые удачные люминесцирующие составы, которые годились для изготовления люминесцентных ламп. Радостный и торжествующий приходил ученый домой после получения первых сообщений об успешных испытаниях новых люминесцирующих составов. Сдержанный, как всегда, он не рассказывал домашним, что у него новая удача, что она в том-то и том-то, что он очень рад еще одному подтверждению своей идеи. Но радость рвалась наружу и изливалась каскадом шуток.

Не одна Ольга Михайловна догадывалась об этой радости. Для матери также не были секретом удачи ее сына.

Все дальше уходил в прошлое тот день, когда Сергей Иванович оставил дом Александры Михайловны на Средней Пресне, чтобы создать собственную семью. Но любовь его к матери оставалась неизменной. Он регулярно навещал Александру Михайловну. Правда, теперь это было уже не ежедневно, как в первые дни после свадьбы. И даже не через день и не по четвергам и по воскресеньям, как было несколько позднее. Года два спустя «родительским днем» в неделе осталось одно лишь воскресенье, зато оно никогда не пропускалось. Если не считать исключительных обстоятельств — отъезда, болезни и т. д., — не было такого воскресенья, когда Сергей Иванович не навестил бы дом на Средней Пресне.

И для сына и для матери эти встречи были настоящим праздником. Сыну не мешали многочисленные старушки, постоянно толпившиеся в доме матери. Наоборот. Он их ужасно любил, и именно они обычно принимали на себя заряд добродушных шуток, вызванных успехом на работе.

— Да, — говорил, бывало, Сергей Иванович, напустив на себя скорбный и соболезнующий вид, — декрет уже подписан…

— Какой декрет? — с ужасом спрашивали старушки, чувствуя по обращению, что слова Сергея Ивановича относятся прямо к ним.

— Разве вы не слышали? Чтобы всех старушек одеть в спортивные трусики и майки. Форма такая вводится…

Старушки охали и крестились, и их черные туго повязанные платки испуганно тряслись. Сколько раз Вавилов «разыгрывал» их самым невозможным образом, — и каждый раз они попадались на удочку.

Но шутка не затягивалась. Насладившись произведенным эффектом, Сергей Иванович сам начинал смеяться первым, и старушки успокаивались.

Ни одной из них, конечно, никогда и в голову не пришло бы, что чем невероятнее была шутка, тем громче смеялся над ней сам виновник, тем удачнее получился какой-нибудь новый люминофор или тем перспективнее оказалась еще одна область применения люминесценции.

…Попытки создания «бытовых» люминесцентных ламп делались и до Вавилова. На улицах больших городов попадались яркие рекламные надписи, преимущественно красного, зеленого и синего цветов. Это были электрические разрядные лампы высокого напряжения, в которых светились главным образом газ неон и пары ртути.

Кое-где можно было встретить лампы с парами металла натрия, в которых свечение возникало при электрическом разряде низкого напряжения. Предпринимались и другие попытки…

Но все первые лампы холодного света отличались крайним несовершенством. Они имели неудобную форму. Некоторые требовали высокого напряжения. Все без исключения не удовлетворяли своим спектральным составом. В ярком желтом свете паров натрия предметы теряли свою окраску и становились одноцветными, малоприятными для глаза.

Когда на улице Горького в Москве для пробы повесили несколько люминесцентных ртутных ламп, это вызвало протесты москвичей, не желавших мириться с их мертвящим белесовато-зеленым цветом.

Все эти недостатки прежних люминесцентных ламп не уравновешивались даже их экономичностью, которая в отдельных случаях доходила до весьма высоких значений (например, у натровых ламп — до 50 процентов кпд против 2–3 процентов у обыкновенных ламп накаливания).

Решив теоретическую задачу — найти закон спектрального преобразования света в люминесцирующих веществах, Вавилов сразу же стал искать решение и практической задачи — создание люминесцентных ламп, свободных от недостатков прежних.

Вавилов вспомнил, как поступали иногда в прошлом веке мастера-стеклодувы, когда им заказывали газосветные трубки для демонстрационных целей. Они делали эти трубки из люминесцирующего уранового стекла, и в результате свечение газового разряда становилось гораздо более ярким и эффектным.

«Почему бы не применить подобный принцип для создания современных мощных, но дешевых люминесцентных ламп? — подумал Сергей Иванович. — Светящийся состав не обязательно должен быть растворен в стекле. Эффектное свечение будет и если просто на обыкновенную стеклянную трубку надеть колпак из люминофора».

Вавилов решил сочетать современные ртутные или аргоновые лампы с особым образом приготовленными кристаллическими составами — люминофорами, — обладающими способностью превращать один вид света в другой, невидимые лучи — в видимые.

Идея старинных стеклодувов вступала в союз с идеями современной физики и техники.

Задолго до появления за границей люминесцентных ламп, пригодных для практического освещения помещений и улиц, в СССР по инициативе и при содействии Сергея Ивановича стали создаваться — сперва в лабораториях — новые экономичные и приятные для глаз источники света.

Физики и инженеры приготовляли и испытывали множество светосоставов. Лучшие составы отбирались для промышленного производства.

Светящиеся массы приготовляли следующим образом.

Сперва брали так называемую основу, обычно сернистый цинк, вольфрамат магния или некоторые другие вещества. К ним в небольших количествах добавляли активаторы — соли тяжелых металлов, по большей части меди, серебра или марганца. Свое название активаторы получили потому, что от них зависит цвет свечения.

К полученной массе присоединяли так называемый «плавень», чаще всего поваренную соль, все это прокаливали при температуре от 750 до 1500 градусов (причем плавень все сплавлял, превращал в единообразное вещество), и люминофор был готов.

Все остальное представляло собою простейшую технологическую задачу. Тончайшим слоем люминофора покрывали изнутри стеклянную трубку нужной формы. Затем при низком давлении эту трубку наполняли парами ртути или аргоном (применяли и другие газы), и светильник пускался на испытание. При включении такой лампы в обычную электрическую сеть в ней возникал разряд. Пары ртути или аргон испускали невидимые ультрафиолетовые лучи, последние действовали на люминофор, и лампа начинала светиться нежным и ярким светом избранной окраски.

Сразу же выяснилось, что новые «вавиловские» лампы исключительно экономичны: при одной и той же затрате энергии они отдают света в три-четыре раза больше, чем обыкновенные лампы накаливания… Там, где раньше горела одна лампа, отныне, не увеличивая расхода электроэнергии, можно было «зажечь» уже три или четыре равноценных световых источника.

Этим не исчерпывались достоинства новых светильников. Применяя разные люминофоры, можно было изменять спектральный состав света — его цветность. Это позволяло производить лампы, более всего пригодные для тех или иных практических условий.

Особенно хорошими были признаны лампы дневного света, излучение которых по спектральному составу и цвету приближалось к солнечному свету. При свете этих ламп не утомлялось зрение, окраска окружающих предметов оставалась той же, что и днем…

Важный вывод из указанного обстоятельства сделали позднее руководители лакокрасочных и текстильных фабрик. Когда эти фабрики работали в ночное время, присущий свету ламп накаливания желтоватый оттенок искажал цвет предметов. Портилось зрение у рабочих, снижалось качество продукции. С появлением вавиловских ламп дневного света эти неудобства ночных смен были устранены.

Величие подвига измеряется глубиной его последствий, раскрывающихся подчас в отдаленные годы. Сейчас мы в неизмеримо большей степени, чем современники молодого Вавилова, можем оценить, что принесло открытие механизма люминесценции и что оно способно принести при полном освоении.

На свечении кристаллических люминофоров в наши дни основано телевидение, работа радиолокационных установок, действие электронно-лучевых преобразователей, дающих возможность видеть в темноте — в инфракрасных лучах, — и многое другое.

…Людям «ночных» профессий — штурманам самолетов, машинистам тепловозов, шахтерам, астрономам, сотрудникам физических лабораторий и т. д. — приходится вести наблюдения в темноте. Их зрение должно быть приспособлено к таким условиям. Но включение, хотя бы на мгновение, обычных источников света по меньшей мере на 15–20 минут лишает их возможности хорошо ориентироваться в обстановке. И вот на помощь им приходят светящиеся полетные (штурманские) карты, справочники и шкалы. Ультрафиолетовые и другие холодносветные лампы применяются для освещения кабин рабочих помещений и темных проходов в шахтах. Светящимися красками, основную часть которых составляет обычно сернистый цинк, активированный медью, наносят указатели и подписи на улицах.

Освещение — очень важная, но не единственная область применения холодного свечения.

Как показали исследования, каждое люминесцентное вещество светится при облучении особым цветом. По спектру люминесценции можно поэтому производить количественный и качественный анализ. Сейчас этот метод, впервые разработанный ученицей Вавилова М. А. Константиновой-Шлезингер, получил чрезвычайно широкое распространение. Люминесцентный анализ — исключительно чувствительное средство для определения чистоты продуктов, контроля качества, выявления всевозможных дефектов продукции и фальсификации.

В ряде случаев этот метод позволяет химикам обнаруживать примеси в концентрации, равной миллиардной доли процента. Его применяют геологи при поисках полезных ископаемых: нефти, редкоземельных элементов и др. Используется люминесцентный анализ и для проверки качества продовольственных и сельскохозяйственных продуктов.

Люминесцентная дефектоскопия нашла себе широкое применение для обнаружения невидимых глазу пор и трещин в изделиях из металлов, стекла, пластмасс, керамики.

Нет ничего проще этого способа контроля. Проверяемая деталь окунается в жидкую смесь, состоящую из люминофора и органического растворителя. Если деталь велика, жидкость наносят на ее поверхность при помощи щетки или пульверизатора. Раствор проникает в самые тонкие трещины и поры и заполняет их. Люминесцирующее вещество после этого устраняется с поверхности детали, а изделие в темноте подвергается ультрафиолетовому облучению. Брак обнаруживается моментально: люминофор, оставшийся в местах пороков, превращает невидимые лучи в видимые, и трещины начинают светиться, отчетливо выдавая места изъянов, невидимые даже при помощи микроскопа.

Все более широкое применение и в самых разнообразных областях находят себе экраны из люминофоров для обнаружения всевозможных электромагнитных радиации: гамма-лучей, лучей Рентгена, ультрафиолетовых и инфракрасных, а также для так называемой корпускулярной радиации — лучей, состоящих из мельчайших частиц вещества: электронов, нейтронов, протонов и так далее.

Несколько лет назад химические заводы начали вырабатывать органические люминофоры-отбеливатели для нужд текстильной и бумажной промышленности. Здесь использован эффект «оптического отбеливания» не вполне белых материалов: волокон, тканей, бумаги, фотобумаги и т. п. Материал красят люминесцентным красителем; под действием ультрафиолетовых лучей, находящихся в составе дневного света, материал начинает люминесцировать, и мы видим идеально белую окраску.

Многообещающим является способ защиты многих органических материалов — пластмасс, искусственного и синтетического волокна, лаков, красок и т. д. — от старения под влиянием ультрафиолетовых лучей, входящих в состав дневного света. Внутрь материала вводится — или наносится на его поверхность — люминофор, назначение которого — «смягчать» жесткие ультрафиолетовые лучи и отсылать, «высвечивать» их обратно.

Люминесцентные кристаллы сейчас широко применяются для исследования ядерных излучений. Частицы вещества и кванты, возникающие при ядерных реакциях, способны вызывать в кристаллофорах вспышки свечения — так называемые сцинтилляции. По числу подобных вспышек можно хорошо судить об интенсивности излучения. Сцинтилляционные счетчики ядерного излучения обладают рядом преимуществ перед счетчиками многих систем: первые значительно чувствительнее и позволяют определять не только число частиц, но и их энергию. Недавно член-корреспондент АН СССР Евгений Константинович Завойский разработал люминесцентную камеру, которая позволяет наблюдать процессы преобразования элементарных частиц.

Успешно применяется люминесценция в различных областях сельского хозяйства, например при семенном отборе. Свечение здоровых семян отличается от свечения семян, пораженных различными заболеваниями. По характерной для различных заболеваний люминесценции можно обнаружить начало процесса гниения корнеплодов.

Врачи применяют люминесцентные методы в диагностике рака и при других заболеваниях.

Самые неожиданные, самые сложнейшие задачи решают в наши дни иногда с помощью люминесценции.

Любопытный случай произошел в одном из советских портов. Дно моря постоянно засорялось песком. Для поддержания необходимой глубины его ежегодно очищали, и песок в огромных количествах вывозили в море и выбрасывали. Но ничего не помогало: порт засорялся снова. Возник вопрос: «Не тот ли же самый песок под влиянием течения возвращается с места морской свалки обратно?» Моряки обратились к физикам, и те применили люминесцентный способ. Ученые «выкрасили» песок люминофором и выбросили его на место свалки. Некоторое время спустя взяли пробу со дна порта и рассмотрели ее в темноте под ультрафиолетовым осветителем. Проба засветилась: в ней был обнаружен меченый песок. Свалка была перенесена на другое место, и порт уже больше не засорялся. Так методом холодного свечения для государства были сэкономлены миллионы рублей.

Замечательной областью применения люминесценции является изобразительное искусство. С. И. Вавилов здесь предсказывал «целый переворот».

— До сего времени, — говорил он, — изобразительные искусства — живопись, скульптура, театральные декорации — были вынуждены применять лишь рассеянный свет — дневной или искусственный вечерний. Люминесцирующие вещества дают художнику совершенно новую возможность создавать самосветящиеся изображения. Можно, например, нарисовать картину различными люминесцирующими веществами и осветить ее при помощи ртутной лампы, закрытой специальным черным стеклом, пропускающим только ультрафиолетовые лучи, безвредные для глаза. Картина будет светиться сама.

Зачем это нужно? Что нового способна дать такая самосветящаяся живопись?

Обычные краски обладают двумя недостатками. Во-первых, они всегда малонасыщенны; глубокие, насыщенные цвета можно наблюдать только в окрашенных стеклах — витражах. Во-вторых, диапазон яркостей обычных красок много меньше того, что наблюдается в природе. Самая лучшая «черная» поверхность отражает не менее 3–5 процентов падающего света, в то время как наилучшая белая краска — не свыше 90–95 процентов. Это значит, что самые яркие места картины могут быть ярче самых темных не больше как в 32 раза (95:3).

— Между тем в реальных условиях, — говорил Вавилов, — например, когда мы любуемся пейзажем с заходящим солнцем или идем по лесу, освещаемому прямыми солнечными лучами, человеческий глаз отчетливо разбирается в относительных яркостях, отличающихся, во всяком случае, в несколько сотен раз. По этой причине картина, написанная обычными красками, не в состоянии более или менее правильно передать пейзажи вроде вышеописанных.

Люминесцентные краски свободны от этих недостатков. Восходящее или заходящее солнце, лунные пейзажи, лес, освещенный прямыми солнечными лучами, — эти сюжеты могут быть переданы люминесцентными красками с полным правдоподобием.

Постепенно самосветящиеся краски входят в употребление. На Выставке достижений народного хозяйства СССР в Москве посетители с интересом останавливались перед люминесцентными картинами в павильоне гидротехники и сельского хозяйства. Архитекторы окрашивают люминесцентными красками эскизы и макеты проектируемых сооружений, чтобы добиться контрастов, которых следует ожидать в реальной обстановке. Все чаще применяется люминесценция в театральных декорациях.

Промышленность, транспорт, научные исследования, медицина, искусство, сельское хозяйство, биология и микробиология, криминалистика… С каждым годом увеличивается список областей, где люминесценция становится незаменимой.

Все это — благодаря доброй силе, вызванной из микрокосма. Все это — результат работ в первую очередь Вавилова и его школы.

В самый канун войны, в 1941 году, под руководством Вавилова были получены промышленные образцы люминесцентных ламп. Их передали для производства Московскому электроламповому заводу и московскому же заводу «Светотехника». Однако начавшаяся Великая Отечественная война не позволила развить их производство. Положение изменилось лишь по окончании войны. Сейчас производство этих ламп непрерывно расширяется.

Уже посмертно, в 1951 году, С. И. Вавилов был удостоен Сталинской премии за разработку люминесцентных ламп.

Открытие практической люминесценции имеет исключительное значение не только в рамках нашей страны, но и для мировой цивилизации. Пророчески звучат слова Сергея Ивановича, предсказывающие универсальное применение холодного свечения в жизни человеческого общества. Он ими оканчивает свою замечательную книгу «О „теплом“ и „холодном“ свете», а мы воспользуемся ими, чтобы закончить главу:

«Не нужно обладать особым даром предвидения, чтобы предсказать заранее то недалекое время, когда „холодный свет“ станет для каждого из нас столь же неизбежным и привычным предметом обихода, каким является электрическая лампа накаливания.

„Холодный свет“ — это единственное рациональное решение светотехнической проблемы, это освобождение от проторенной дороги тепловых источников света, на которую толкает нас природа, это овладение природой, ее переделка. „Холодный свет“ — это неотъемлемая часть культурной жизни будущего коммунистического общества. Наша обязанность — приблизить осуществление и повсеместное распространение „холодного света“».[15]