Свет — мое призвание

«Оглядываться на запросы родной страны...»

Истинный ученый не делает различия между фундаментальными и прикладными исследованиями — для него одинаково важны и те и другие. Особое значение он придает тому, какое применение находят его разработки в практической жизни.

Именно таким ученым был Сергей Иванович Вавилов. Работая над решением фундаментальных проблем физической оптики, он не забывал о своем долге как ученого способствовать развитию народного хозяйства страны. Он писал: «Широкое советское общественное движение, направленное на усиление помощи производству со стороны науки, никоим образом не ограничивает большой принципиальной — теоретической — работы наших ученых в любых областях знаний. Советской стране нужна теоретическая работа, нужна в значительно большем масштабе, чем до сих пор. Но советский ученый, занимающийся широкими теоретическими проблемами, должен всегда оглядываться на свой народ, на запросы родной страны, на сегодняшний день, должен всеми доступными для него способами извлекать из своих теоретических обобщений выводы, полезные для развития нашего Советского государства».

Для Вавилова это были не просто слова. Это была глубокая убежденность, многократно подтвержденная делами.

Работы по созданию принципиально новых высокоэкономичных источников света — люминесцентных ламп были начаты Вавиловым еще в 1927 году на светотехническом факультете Высшего технического училища. Чуть позднее исследования проводились в разных местах, затем они были сосредоточены в трех институтах — в ФИАНе, Всесоюзном электротехническом институте (ВЭИ) в Москве и в ГОИ в Ленинграде. Все они осуществлялись под общим руководством С. И. Вавилова.

Сергей Ивановил верил в большое будущее этих работ и решительно устранял препятствия с их пути. М. А. Константинова-Шлезингер рассказывала автору книги, что для новых ламп важно было готовить кристаллофосфоры в особо чистых условиях. Для этого было необходимо специально оборудованное большое помещение. Его с некоторых пор занимал сотрудник, явно не способный к научной работе. Вавилов принял решение о его увольнении. Когда Константинова-Шлезингер пожалела его, то Сергей Иванович сказал, что ему жаль его не меньше, однако, дело есть дело, а уволенному лучше поискать себя в какой-либо другой области, где он сможет приносить бо́льшую пользу.

Незадолго до начала Великой Отечественной войны, 30 мая 1941 года, на общем собрании Академии наук СССР С. И. Вавилов сделал доклад о люминесцентных источниках света и продемонстрировал первые образцы люминесцентных ламп. Обосновывая постановку этих работ, Сергей Иванович сказал: «Свет — необходимое условие для работы глаза, самого тонкого, универсального и могучего органа чувств. Ночь лишает человека этого органа, превращая жизнь из активной в пассивную. Роль искусственного света — поддерживать активное, бодрствующее сознание. Свет фактически удлиняет сознательное существование человека, и в этом прежде всего его великое значение. Неудивительно поэтому, что в наше время вопрос о количестве света вырастает в очень большую технико-экономическую проблему».

Образцы люминесцентных ламп были переданы для производства Московскому электроламповому заводу и Московскому заводу «Светотехник», однако начавшаяся война затормозила их массовое изготовление. Широкое внедрение этих ламп в народное хозяйство и в быт началось лишь в послевоенные годы.

Первоначально люминесцентные лампы были несовершенными, цветопередача была плохой. Лица людей, освещенных ими, имели мертвенный оттенок. Опыты с лампами более высокого давления также оказались малоудачными — лампы нередко взрывались. Пошли слухи, что люминесцентное освещение вредно для глаз. Сергей Иванович смеялся над ними и вспоминал, что в конце ХIХ века, когда появилось электрическое освещение, во многих ботатых домах спальни детей продолжали освещать керосиновыми лампами, ибо матерям казалось, что электрический свет вреден для детского организма.

3. Л. Моргенштерн вспоминала, что однажды Сергей Иванович сказал: «Представьте, повесят наши лампы на Кузнецком мосту. Кругом будут ходить люди, похожие на мертвецов, а лампы начнут взрываться, да еще в какого-нибудь министра угодят. Всем тогда достанется на орехи». Конечно, это была шутка, но над усовершенствованием люминесцентных ламп Вавилов с сотрудниками работали с большим упорством, и труд увенчался успехом.

Обычные источники света — лампы накаливания — весьма неэкономичны: в них около 95 — 96 процентов энергии расходуется на невидимое глазом инфракрасное излучение и только 4 — 5 процентов — на излучение видимого света. Кроме того, спектр излучения ламп накаливания сильно сдвинут в сторону длинных волн по сравнению со спектром дневного света. Это создает неправильную цветовую окраску у освещаемых предметов.

Во время излучения лампа накаливания использует энергию металлического волоска, раскаленного электрическим током, и ее свечение подчиняется законам температурного излучения. Уменьшение тепловых потерь и улучшение спектрального состава излучения лампы накаливания можно осуществить, лишь увеличивая температуру ее волоска.

Но, чтобы излучение лампы накаливания походило на дневной свет, необходимо поднять температуру до температуры Солнца, что составляет около 6000 градусов Цельсия. Это неосуществимо, так как все встречающиеся в природе вещества, из которых делается волосок, имеют гораздо более низкую температуру плавления.

Как известно, люминесценция не сопровождается нагреванием тела — ее природа иная, чем природа температурного излучения. Люминесцентная лампа представляет собой стеклянную трубку, из которой откачан воздух и в которую введены пары ртути под давлением около 0,01 миллиметра ртутного столба. На внутренние стенки трубки тонким слоем нанесено неорганическое кристаллическое люминесцирующее вещество — кристаллофосфор. С обеих сторон в трубку введены электроды, имеющие вид небольших спиралей, соединяющиеся посредством специальных пусковых устройств с электрической сетью.

При прохождении тока через электроды они раскаляются, и с их поверхности вылетают электроны. В трубке происходит электрический разряд в парах ртути, в результате чего возникает ультрафиолетовое излучение, поглощаемое кристаллофосфором. Возбуждаясь, кристаллофосфор дает видимое излучение требуемого спектрального состава.

Спектральный состав зависит от свойств используемого кристаллофосфора, что позволяет варьировать его в широких пределах. Обычно кристаллофосфоры подбираются так, чтобы свечение имитировало дневной свет, поэтому люминесцентные лампы часто называют лампами дневного света.

По своей экономичности люминесцентные источники света в 4 раза превосходят лампы накаливания. Они обладают и другими преимуществами, что позволяет использовать их для освещения заводских цехов, шахт, картинных галерей, улиц и жилых помещений. Их производство быстро растет. Недалек тот день, когда лампу накаливания, уступившую место люминесцентной лампе, можно будет встретить лишь в музеях истории техники.

Появление люминесцентных ламп стало подлинной революцией в технике освещения. Оно приносит огромную пользу, позволяя экономить миллиарды рублей. Вавилов считал, что по мере внедрения в быт люминесцентных источников света слово «люминесценция», подобно словам «радио» и «электричество», станет обыденным, привычным.

По настоянию Сергея Ивановича взрывобезопасные люминесцентные лампы были внедрены на шахтах Донбасса, их начали широко использовать на станциях Московского метрополитена, в высотных зданиях столицы, для освещения ленинградского Эрмитажа. Создание новых источников света получило высокую оценку.

В 1951 году коллективу ученых в составе Сергея Ивановича Вавилова, Вадима Леонидовича Левшина, Владимира Александровича Фабриканта, Марии Александровны Константиновой, Фатимы Асланбековны Бутаевой и Виктора Ивановича Долгополова за разработку люминесцентных ламп была присуждена Государственная премия СССР.

Велики заслуги С. И. Вавилова и в области разработки методов люминесцентного анализа. Своими фундаментальными исследованиями природы молекулярной люминесценции он заложил теоретические основы ее нового применения. Когда выяснилось, что каждое люминесцирующее вещество имеет характерный спектр излучения, Сергей Иванович предложил использовать это свойство для аналитических целей. Учитывая спектральный состав излучения пробы и интенсивность его свечения, можно проводить не только качественный, но и количественный люминесцентный анализ. Разработка методов количественного люминесцентного анализа была впервые начата перед войной М. А. Константиновой-Шлезингер, которую в 1943 году С. И. Вавилов пригласил в ФИАН.

Оказалось, что люминесцентный анализ обладает рядом достоинств, выгодно отличающих его от других видов анализа. В первую очередь это его огромная чувствительность. Люминесцентными методами удается обнаруживать стомиллиардные доли грамма вещества в одном кубическом сантиметре пробы. Другим его важным преимуществом является сохранность исследуемого вещества, тогда как при всех иных видах анализа проба полностью разрушается. Это обстоятельство очень существенно при работе с малыми количествами редких трудно добываемых веществ.

В настоящее время люминесцентный анализ широко используется в научных исследованиях и в различных отраслях народного хозяйства. Вавилов многое сделал для обеспечения работ по люминесцентному анализу необходимой аппаратурой. Он считал необходимым популяризовать успехи люминесцентного анализа: организовывал соответствующие совещания, хлопотал об издании пособий и руководств.

М. А. Константиновой-Шлезингер он поручил написать монографию по люминесцентному анализу. В то время у нее не было опыта литературной работы. Сергей Иванович помогал ей советами, попросил поработать с ней опытного редактора. В 1948 году монография вышла в свет. Она принесла большую пользу практическим работникам.

По инициативе Вавилова была переведена на русский язык с английского монография Петера Прингсгейма и Марселя Фогеля «Люминесценция жидких и твердых тел и ее практические применения», в которой большое внимание уделялось люминесцентному анализу. По его идее М. А. Константинова-Шлезингер начала работу по составлению реферативных сборников по люминесцентному анализу. Первый такой сборник вышел уже после смерти Сергея Ивановича, в 1951 году, под редакцией В. Л. Левшина.

Ряд работ по люминесцентному анализу был выполнен при непосредственном участии самого Вавилова. Так, в его лаборатории в ГОИ был разработан и внедрен в производство экспрессный метод сортировки различных видов оптического стекла с помощью люминесцентного анализа. Возглавляя Комиссию по изучению стратосферы, Сергей Иванович начал в ФИАНе исследования по определению люминесцентным методом содержания озона в высоких слоях атмосферы. Эти исследования диктовались потребностями геофизиков, они были нужны для решения ряда теоретических и практических задач. Метод был разработан М. А. Константиновой-Шлезингер.

Стремясь широко внедрять методы люминесцентного анализа в промышленность, Вавилов систематически направлял к М. А. Константиновой-Шлезингер и ее сотрудникам работников с производства для прохождения стажировки по люминесцентному анализу. Сергей Иванович был инициатором исследований по разработке методов люминесцентной дефектоскопии металлов.

Большой его заслугой стала и организация работ по ультрафиолетовой и люминесцентной микроскопии, получившей применение в биологии, медицине, геологии, в некоторых производственных процессах. Под непосредственным руководством С. И. Вавилова эти работы были начаты в ГОИ Е. М. Брумбергом перед самой войной. В 1942 году Е. М. Брумберг доложил отделению физико-математических наук Академии наук СССР о их первых результатах. Позднее им были разработаны оригинальные методы и создана оптическая аппаратура для изучения самых разных объектов в ультрафиолетовых лучах.

Огромное значение имели работы по изучению свойств и созданию новых типов столь часто упоминаемых нами кристаллофосфоров. Ныне они широко используются в экранах электронно-лучевых приборов (осциллографы, телевизионные трубки, электронные микроскопы), медицинских рентгеновских экранах, а также в люминесцентных лампах. Понимая большую практическую значимость этих веществ, Вавилов всячески способствовал развитию работ по их созданию, но вместе с тем скептически относился к кристаллофосфорам как к объектам научного исследования, считая их «грязными». При этом он шутя говорил: «Можно исследовать процессы и в гречневой каше». А по поводу создания теории свечения кристаллофосфоров иронизировал, что «это подобно созданию теории булыжной мостовой». По-видимому, по этой причине в своих собственных работах Вавилов оставался верен люминесцирующим растворам.

По инициативе Сергея Ивановича исследования кристаллофосфоров впервые были начаты в нашей стране в Физическом институте МГУ Вадимом Леонидовичем Левшиным и его аспирантом Всеволодом Васильевичем Антоновым-Романовским еще в 1932 году. Левшин писал, что Вавилов стимулировал развитие работ по фосфоресценции кристаллофосфоров.

В годы Отечественной войны Сергей Иванович, как уже упоминалось, много сделал для практического использования светящихся составов в целях светомаскировки и для решения других задач. Ему принадлежит идея применения фосфоров для обнаружения инфракрасного излучения. Она была реализована в ФИАНе под руководством Левшина. Было исследовано влияние инфракрасной радиации на оптические свойства кристаллофосфоров.

В конце сороковых годов удалось получить фосфоры, дающие интенсивную световую вспышку под действием инфракрасных лучей. Создание вспышечных фосфоров имело большое научное и практическое значение. За эти работы коллектив ученых во главе с В. Л. Левшиным в 1947 году был удостоен Премии имени академика Л. И. Мандельштама Академии наук СССР, а в 1952 году — Государственной премии СССР.

Возглавляя ГОИ, С. И. Вавилов направлял и координировал все основные исследования в области теоретической и практической оптики. Он принимал участие в разработке самых разных проблем — от выбора технологии варки и контроля качества оптического стекла до создания новейшей оптической аппаратуры. Сам он участвовал, например, в разработке методов расчета и оценки аберраций широкоугольных светосильных фотографических систем. По его инициативе еще в 1936 году в ГОИ были организованы работы по изучению дихроичных сред (одноосных кристаллов, обладающих явлением двойного лучепреломления и принимающих различную окраску в проходящем свете при взаимно перпендикулярных направлениях наблюдения). Были созданы поляризационные светофильтры, получившие широкое применение в различных оптических приборах и физических методах исследования.

Много сил Вавилов отдавал выпуску справочных пособий, необходимых практическим работникам. Так, под его редакцией вышел «Справочник по военной оптике», за ним последовал двухтомный труд «Оптика в военном деле». Книги были предназначены для командного состава Советской Армии, преподавателей и слушателей военных академий и училищ. Не менее обстоятельна была двухтомная «Справочная книга по светотехнике».

Специального рассказа требует работа Вавилова в издательстве «Машгиз». Долгие годы он был там председателем научного совета по приборостроению и членом редколлегии журнала «Приборостроение». Однако не это было главным.

Возглавлявшая Машгиз в 1943 — 1948 годах Юлия Павловна Конюшая рассказывала автору книги, что после войны, в период восстановления народного хозяйства страны, важно было как можно быстрее дать в руки советским инженерам новейшие справочники и справочные пособия. В 1947 году было принято решение в исключительно сжатые сроки издать шестнадцатитомный энциклопедический справочник «Машиностроение», в котором должны были быть обобщены самые передовые научно-технические достижения в области теории, расчета, конструирования и технологии машин, приборов, средств автоматизации и т. п.

Главным редактором справочника был назначен академик Евгений Алексеевич Чудаков. Сроки выпуска справочника в свет были установлены невиданно короткими — на написание и выпуск каждого тома отводился месяц. К изданию было привлечено более пятисот ученых и новаторов производства.

Повседневное участие в работе принимал Сергей Иванович Вавилов. Он корректировал проспект и план издания, помогал советами, сам звонил авторам статей. Нередко он звонил и в те учреждения, где они работали, говорил о необходимости рассматривать их участие в написании справочника как первоочередное и чрезвычайно важное задание.

Выпуск томов осуществлялся ритмично и даже (в это трудно поверить) с сокращением намеченных сроков — каждый том выпускался не за тридцать, а за двадцать восемь дней. Издание вышло в свет в 1947 — 1948 годах. Оно оказало огромную помощь инженерно-техническим работникам.