Погоня за невидимками

Эта электронная печь отнюдь не производит выгодного впечатления, хотя сотрудники лаборатории высокотемпературных материалов Московского института стали и сплавов ласково называют ее «наша красавица». Печь как печь — массивная металлическая бочка, только что обручей не хватает. Спереди слепо поблескивает круглое смотровое окно. Сверху хищно, как оса-наездник, изогнулась, словно вонзая жало, электронная пушка. Короче говоря, лабораторное оборудование далеко не самой последней модели. Есть и поновее. А здесь уже и краска успела местами стереться. Но именно на этой печи было открыто явление ускоренного испарения углерода из металло-карбидных и карбидо-углеродных составов, зарегистрированное под номером 143 в Государственном реестре открытий СССР.

...Лаборант, как всегда, укрепил в печи графитовую пластинку, положил на нее кусочек молибдена, плотно закрыл крышку и включил вакуумный насос. Теперь надо было ждать, пока давление в рабочей камере упадет до минимума.

Разумеется, ни о каком открытии в то время не думали. Просто кому-то пришла в голову идея: а что, если подставить под электронный луч тугоплавкий металл?

В то время ученые под руководством члена-корреспондента АН СССР В. П. Елютина проводили обычную, рядовую работу: изучали взаимодействие металлов титана и циркония с углеродом. Для этого металл клали на графитовую пластинку, вводили в электронную печь, откачивали воздух, включали пушку — и, в общем-то, ничего непредвиденного не происходило. Титан и цирконий исправно расплавлялись и образовывали с углеродом давно известные соединения. Все новшество заключалось в технологии: раньше эти соединения образовывались под действием химических реакций, а в этих экспериментах — под воздействием электронного пучка. А потом кто-то из чистого любопытства предложил положить на графитовую пластинку кусочек тугоплавкого молибдена...

Итак, лаборант включил пушку, и один из сотрудников прильнул к смотровому окну. Сейчас там, в полутемном жерле печи, электронные «снаряды» бомбардируют молибден, заставляя его атомы все быстрее и быстрее колебаться в узлах кристаллической решетки. Ученому были видны конечные результаты этой атаки — кусочек молибдена, как и все остальные металлы до него, сначала розовел, потом наливался багровым светом и, наконец, становился ослепительно белым. Это была последняя стадия нагрева, после нее молибден должен был бы расплавиться.

И в этот самый момент молибден... исчез. Все произошло как в кино: только что был на пластинке металл, и вот его уже нет. Лишь через несколько мгновений у ученого появилось ощущение... нет, скорее смутное воспоминание о каком-то стремительном движении вниз. И только при вторичном эксперименте удалось разглядеть, как молибден «всасывается» в графит, уходит в него, будто раскаленная дробинка в масло.

Когда графитовую пластинку вынули из печи, глазам ученых представилось зрелище, поверить в которое было просто трудно: в середине пластинки оказалась глубокая ямка, по форме точно соответствующая кусочку молибдена. Самого же молибдена будто и не бывало. Если он, предположим, распылился в воздухе, то почему образовалась ямка? И кстати, куда девался графит, занимавший прежде объем этой ямки? Чудеса, да и только! Но чудеса отнюдь не безобидные: логически они приводили к отмене фундаментального закона природы — закона сохранения материи. А этого ученые никак не могли допустить. Следовательно, необходимо было во что бы то ни стало найти «пропавшие» вещества или... пересмотреть все наши представления о физической природе мира. Так началась погоня за невидимками.

Молибден удалось «поймать» довольно быстро. Оказалось, что в момент «исчезновения» он распределяется внутри графита, образуя с углеродом новые соединения. Такого процесса наука раньше не знала. До сих пор для протекания каждой химической реакции требовалось определенное время. В одних процессах это время исчислялось минутами, в других — часами, но в любом случае его можно было зафиксировать. Здесь же реакция протекала за доли секунды. Практически мгновенно. А это открывало перед промышленностью совершенно новые возможности.

Но прежде надо было «спасти» закон сохранения материи — «поймать» углерод. Ловили его долго, каких только хитроумных приспособлений не придумывали. И в конце концов догадались поместить над графитом другую пластинку, медную, охлаждаемую водой.

И «беглец» попался. Это стало ясно, когда медную пластинку вынули из печи. Одна сторона ее сверкала обычным золотистым блеском, другая была затянута черной бархатистой пленкой: углерод сконденсировался на холодной медной поверхности.

Здесь ученые столкнулись еще с одним непонятным явлением, которое назвали «молекулярным насосом»: в тот момент, когда жидкий металл «исчезает» в графите, углерод стремительно «прорывается» сквозь него, буквально фонтанирует, распадается на молекулы и рассеивается в окружающем пространстве. Отчего это происходит? В гипотезах нет недостатка, но пока все они так и остаются гипотезами.

Итак, сделано открытие. Обнаружено явление, физическая природа которого пока не поддается разгадке. Но можно ли этому неразгаданному явлению найти уже сейчас практическое применение? Ответ на этот вопрос дает стенд, стоящий тут же в лаборатории. Полки его буквально ломятся от разнообразных деталей из новых металлографитовых материалов. Все они уже серийно выпускаются промышленностью. И обладают поистине великолепными качествами. Например, спокойно выдерживают такие температуры, при которых самая тугоплавкая сталь растекается струйками. Да что сталь! Такие «корифеи» жаропрочности, как вольфрам, молибден, ниобий — все они делаются мягкими, как тесто, при этих температурах, а новые материалы работают. Кроме того, они отлично «переносят» химически агрессивные среды, активное воздействие заряженных частиц. Вот и представьте, какой простор открывается для их применения! Из них изготавливают трубопроводы и тигли в химической промышленности, вкладыши для ракетных двигателей, детали доменных и мартеновских печей, волноводы в газовых лазерах, специальные аппараты для получения тонких пленок кремния, незаменимых в полупроводниковой технике, и... Впрочем, можно перечислять и перечислять, и все равно весь список не исчерпаешь. А когда ученые постигнут, наконец, механизм этого явления...

На это сейчас направлены все силы лаборатории — понять суть явления, вскрыть те процессы на уровне микромира, которые обусловили это удивительное рождение новых веществ. И когда это удастся, ученые получат возможность создать еще более обширную гамму новых материалов с еще более удивительными, заранее заданными свойствами.