Наукові обрії Каразінського: Ярослав Гречко про Харків як центр української ядерної освіти

Харків — місто, де перетинаються історія та сучасність, — вкотре доводить свою важливу роль на карті української науки. Це не лише промисловий, освітній і культурний центр, але й серце ядерної освіти в Україні. Вже протягом багатьох років одним із пріоритетних напрямів діяльності ННІ «Фізико-технічний факультет» є підготовка фахівців з ядерної фізики — дисципліни, яка має величезний потенціал для вирішення енергетичних криз та розвитку медицини.

Цьогоріч Каразінський університет відчинив свої двері для наймолодших дослідників, провівши Літню школу з ядерної фізики для школярів за підтримки Європейської мережі ядерної освіти (ENEN). Ця подія — яскраве свідчення того, що Харків продовжує виховувати нове покоління науковців, які будуть формувати майбутнє України в галузі ядерної енергетики та технологій.

Чому Харків став центром української ядерної освіти та як Каразінському вдається утримувати провідну позицію у підготовці конкурентоспроможних фахівців світового рівня? Про це розповів старший науковий співробітник кафедри матеріалів реакторобудування та фізичних технологій ННІ «Фізико-технічний факультет» Ярослав Гречко.

Про початок досліджень у галузі ядерної фізики у світі

Перше явище в галузі ядерної фізики (природна радіоактивність солей урану) було відкрите 1896 року Анрі Беккерелем. Через два роки П’єр Кюрі та Марія Склодовська-Кюрі відкрили радіоактивність торію і виділили з солей урану полоній і радій, радіоактивність яких виявилася в мільйони раз сильнішою за радіоактивність урану і торію.

Ернест Резерфорд, якого називають «батьком ядерної фізики», провів детальне експериментальне вивчення радіоактивного випромінювання та показав, що радіоактивні випромінювання складаються з трьох типів проміння, названими, відповідно, α-, β- і γ-променями. У 1911–1913 роках Резерфорд провів експеримент з опромінення альфа-частинками золотої фольги, завдяки якому стало зрозуміло, що більша частина маси атома сконцентрована в його ядрі, а електрони обертаються навколо нього. Ця модель отримала назву планетарної моделі атома.

У 1919 році Е. Резерфорд показав, що при бомбардуванні азоту альфа-частинками з нього вилітають позитивно заряджені частинки (протони), маса яких майже у 2 000 разів більша за масу електронів. Ця реакція, перетворення ядра азоту в ядро кисню, була першим доведеним випадком перетворення одного елементу на інший.

Після отримання Резерфордом першої штучної ядерної реакції за допомогою альфа-частинок, вчені збагнули, що альфа-частинки можна отримати штучно за допомогою високих напруг. Щоправда, розрахунки, виконані за допомогою класичних формул, свідчили, що ці напруги мають бути занадто високими — кілька мільйонів вольтів, що далеко виходило за можливості тогочасної високовольтної техніки. Георгій Гамов, фізик українського походження, скориставшись теорією квантової механіки, розрахував необхідну напругу для отримання альфа-частинок. Виявилося, що ця напруга може бути в 10 разів меншою за ту, яку дають класичні формули.

Взимку 1929 року Гамов особисто доповів про свої розрахунки Резерфордові, який зробив розпорядження про спорудження відповідної експериментальної установки. Про Гамова академік Абрам Йоффе писав, що «теорія Гамова відкрила шлях для проникнення в ядро».

14 квітня 1932 року Джон Кокрофт та Ернест Уолтон, використавши створений ними прискорювач для бомбардування високоенергетичними протонами, розщепили ядро атома літію, розділивши його на два атоми гелію. Це було перше у світі не самочинне, а кероване людиною розщеплення атомного ядра. За цей результат його учасники у 1951 році отримали Нобелівську премію з фізики.

Створення ННЦ ХФТІ — найбільшого центру фізичної науки в Україні та перше в колишньому СРСР розщеплення ядра атома літію

З метою розвитку актуальних наукових напрямів (у той час — ядерної фізики й фізики твердого тіла) у 1928 році був створений Український фізико-технічний інститут (УФТІ). Сьогодні інститут має назву Національний науковий центр Харківський фізико-технічний інститут та є одним із найстаріших і найбільших центрів фізичної науки в Україні. Ініціатором створення установи й першим головою її науково-технічної ради став академік Абрам Йоффе.

Вже за 4 роки після відкриття інституту 10 жовтня 1932 року в Українському фізико-технічному інституті групою молодих талановитих вчених Антоном Вальтером, Георгієм Латишевим, Олександром Лейпунським та Кирилом Синельниковим було одержано видатний результат — здійснено перше в СРСР розщеплення ядра атома літію штучно прискореними протонами. Цей експеримент був зроблений практично одночасно з експериментом, який був проведений Джоном Кокрофтом та Ернестом Уолтоном, та ініціював початок ядерно-фізичних досліджень у колишньому СРСР і створення школи фізиків-ядерників.

Пам’ятний знак з нагоди експерименту розщеплення атомного ядра у ХФТІ

10 жовтня 2002 року було відкрито Пам’ятний знак з нагоди 70-річчя експерименту розщеплення атомного ядра у ХФТІ.

Подальші кроки в розвитку ядерної фізики в УФТІ

Після успішного розщеплення атомного ядра було відкрито фінансування Високовольтного корпусу і Великого електростатичного генератора.

З 1932 до 1937 року в УФТІ працював талановитий фізик-теоретик, майбутній нобелівський лауреат Лев Давидович Ландау. В Харкові він створив усесвітньо відому школу теоретичної фізики. Тут відбулися перші три конференції з теоретичної фізики в колишньому СРСР і було написано перші томи курсу теоретичної фізики Ландау-Ліфшиця.

У 1940 році співробітники УФТІ Фрідріх Ланґе, Володимир Шпінель та Віктор Маслов подали заявки на винахід ядерної бомби, а також методів напрацювання урану-235. Вперше було запропоновано схему вибуху, що згодом стала прийнятою, з використанням звичайної вибухівки для створення критичної маси з подальшим ініціюванням ланцюгової реакції.

Лабораторія № 1

У 1943 році в колишньому СРСР розпочали великомасштабні роботи зі створення атомної зброї. Науковим керівником проєкту було призначено Ігоря Курчатова. У цих роботах брав участь і УФТІ, у якому в 1946 році була організована спеціальна так звана Лабораторія № 1 під керівництвом академіка Кирила Синельникова. Символічно, що вона була розміщена у Високовольтному корпусі інституту.

Лабораторія № 1 АН СРСР — науковий інститут, створений для виробництва першої радянської ядерної бомби.

У роботі лабораторії брали участь відомі фізики. В межах ядерного проєкту також працював Ігор Курчатов. Лабораторію відвідували видатні закордонні спеціалісти Нільс Бор і Поль Дірак.

Участь УФТІ в Атомному проєкті СРСР поклало початок підготовки в Харкові фахівців для нової тоді галузі науки й техніки — ядерної галузі.

Початок ядерної освіти в Харкові

Для підготовки фахівців в галузі ядерної фізики був обраний Харківський державний університет, оскільки на цей час в університеті вже працювали провідні співробітники УФТІ.

З 1 вересня 1935 до лютого 1937 року в університеті викладав головний теоретик УФТІ Лев Ландау: спочатку на кафедрі теоретичної фізики, а в жовтні 1935 року він очолив кафедру експериментальної фізики. Саме тут, у Харкові, народилася ідея Ландау про створення курсу теоретичної фізики. Перші томи були написані в Харкові, вони «обкатувалися» на студентах університету.

З 1936 до 1966 року в Харківському університеті викладав професор Кирило Синельников. Він завідував кафедрою експериментальної фізики з 15 січня 1937 року до 1956 року. Синельников брав активну участь в організації на фізико-математичному факультеті у 1948 році відділення ядерної фізики (спецвідділення), на основі якого в 1962 році було відкрито фізико-технічний факультет Харківського університету.

У 1937–1965 роках в університеті працював професор Антон Вальтер. У 1937 році за підтримки Синельникова він організував в університеті першу в Україні кафедру фізики атомного ядра, яка пізніше стала кафедрою електронних процесів і ядерної фізики. У 1946 році він заснував та пізніше очолив першу в Україні кафедру експериментальної ядерної фізики.

В університеті працювали також Лев Шубников, Олександр Лейпунський, Олександр Ахієзер та багато інших відомих науковців УФТІ.

У 1947 році в Харківському університеті відбувся перший випуск дев’яти фізиків-ядерників. Випуск було здійснено на базі кафедри електронних процесів і ядерної фізики, яку очолював Антон Вальтер.

З 1948 року підготовку фахівців у галузі ядерної фізики здійснювали викладачі спецвідділення ядерної фізики, яке було організовано при фізико-математичному факультеті Харківського університету. Основним завданням цього підрозділу була підготовка висококваліфікованих фізиків-ядерників для атомної галузі колишнього СРСР. Керівником відділення і заступником декана фізмату було призначено Григорія Кривця. До складу ядерного відділення ввійшли кафедри експериментальної фізики (завідувач — професор Кирило Синельников), електронних процесів і ядерної фізики (завідувач — професор Антон Вальтер) і теоретичної фізики (завідувач — професор Олександр Ахієзер).

Заснування фізико-технічного факультету Каразінського університету

21 листопада 1962 року було підписано наказ міністра вищої та середньої спеціальної освіти Української РСР про створення в Харківському державному університеті фізико-технічного факультету на базі відділення ядерної фізики фізико-математичного факультету.

До складу факультету ввійшли кафедри: експериментальної ядерної фізики (завідувач — академік Антон Вальтер), теоретичної ядерної фізики (завідувач — академік Олександр Ахієзер), прискорювачів (завідувач — доцент О. Некрашевич), організована в травні 1962 року, кафедра фізики плазми, (завідувач — академік Кирило Синельников) і новостворена кафедра матеріалів реакторобудування (завідувач — академік Віктор Іванов).

Деканом нового факультету було призначено Іллю Івановича Залюбовського.

Після створення факультету розпочалися роботи з підготовки до будівництва окремого, фізтехівського навчального корпусу в селищі П’ятихатки, поряд з новим майданчиком ХФТІ. Ідея будівництва навчального корпусу поруч з інститутом (і його фінансування) належала керівництву інституту й першочергово його директору Кирилу Синельникову. Цим створювалися ідеальні умови для підготовки спільними зусиллями високо кваліфікованих фахівців за «фізтехівською системою».

Навчально-науковий інститут «Фізико-технічний факультет» сьогодні

Навчально-науковий інститут «Фізико-технічний факультет» сьогодні є сучасним освітньо-науковим центром, роботу якого забезпечують понад 50 висококваліфікованих викладачів та провідних науковців.

До складу ННІ «Фізико-технічний факультет» входять 4 кафедри, які проводять якісну та професійну підготовку здобувачів освіти всіх рівнів.

ННІ «Фізико-технічний факультет» присутній у міжнародних альянсах та консорціумах, таких як Європейська мережа ядерної освіти (ENEN) та Європейська мережа освіти в області фізики плазми (FuseNET).

Студенти та випускники — найбільша гордість факультету. Це підтверджується перемогами студентів на всеукраїнських та міжнародних олімпіадах, турнірах та різноманітних конкурсах.

ННІ «Фізико-технічний факультет» — це один із факультетів, що готує спеціалістів для атомних станцій. Ядерна енергетика — це перспективна галузь, що розвивається сьогодні та буде розвиватися в майбутньому. Для України розвиток ядерної енергетики це безумовно вагомий внесок в економічну стабільність, енергетичну незалежність та екологічну стійкість.