1.1 Производство искусственных алмазов
Внешний облик нового в Советском Союзе производства искусственных алмазов довольно внушителен. Аппаратура размещается в бронированных комнатах, напоминающих сокровищницы банковских подвалов.
В них попадаешь через стальные двери, похожие на дверцы сейфов, замыкающиеся на прочный запор. Можно сказать, что алмазы не только хранятся, но и рождаются в сейфах.
Между тем социальная природа бронированных сейфов, в которых рождаются алмазы, несколько иная, чем природа банкирских сейфов. В стальных стенах и надежных замках, заблокированных электричеством, воплотилась не жадная скупость и мнительность толстосумов, а забота о здоровье и благополучии людей, обслуживающих сложную аппаратуру. Не тревожное око частного детектива контролирует все эти солидные ограждения, а заботливый глаз профорга, отвечающего вместе с дирекцией за технику безопасности. Скажем прямо, производство алмазов — дело нешуточное. Оно было решено применением сверхмощных технических средств. В аппаратах пленены и стараются вырваться из плена могучие силы природы. Потому-то оказалось разумным оградить установки защитной броней для страховки от маловероятных, но все же возможных аварий…
По свидетельству филологов, слово «алмаз» происходит от греческого «адамас», что означает «непреодолимый», «непобедимый». И в самом деле, алмаз царит на высшей ступени иерархии твердости. На любом из природных материалов он способен процарапать черту, словно гордый росчерк своего превосходства; ни один, даже самый твердый, природный материал не способен поцарапать грани алмаза.
Мифология устами Гесиода и Эсхилла повествует, что из материала под названием «адамас» был не только вычеканен шлем Геракла, но и выкованы цепи Прометея. Тут истоки двойной социальной символики алмаза и зачин объяснения того, почему драгоценные бриллианты венчали короны и скипетры императоров. Самодержцы всех времен искали в алмазе некий талисман неприступной силы, нерушимой власти над людьми.
Редкостность крупных алмазов, квадратичная формула роста цены их с увеличением веса сделали алмаз ядром концентрации самых больших денежных сумм, которые когда-либо воплощались в маленьком куске природного вещества: известно, что крупные алмазы стоят миллионы. Не случайно поэтому, что в обществе, где деньги властвуют над людьми, алмаз стал узлом и пружиной драматических конфликтов. Библиография художественных произведений об алмазе, упомянутая академиком А. Я. Ферсманом, где перечисляется более тысячи романов, рассказов, пьес, поэм, доказательно подтверждает это. Камень чистейшей воды становился эпицентром мутного водоворота, в котором кипело и вихрилось все бесчестное и мерзкое, что рождалось корыстью и жестокостью досоциалистических формаций. Голубой аристократический огонек хорошо отграненного бриллианта символично соседствовал с красной искоркой крови. Величайшие алмазы императорских дворов Европы появились в потоке разграбления Индии, Латинской Америки, африканских стран, жесточайшей эксплуатации колоний. В испещренном древними письменами алмазе «Шах», преподнесенном персидским шахом русскому царю в виде компенсации за убийство русского посланника, до сих пор мерцает кровь Грибоедова.
В истории алмаза все символично! Незадолго до того, как сиятельный Людовик XVI был развенчан в заурядного гражданина Капета и отправлен на гильотину, французский химик Лавуазье сжег и развенчал алмаз, доказав его полное химическое тождество заурядному углю, графиту. Оказалось, что сверхтвердый алмаз и мягчайший графит состоят из одних и тех же атомов углерода, но построенных в кристаллические решетки, различные по своей архитектуре. С той поры открылись новые, но все так же кипящие страстями страницы истории алмаза, где не короли и пираты, а ученые и предприниматели исполняют роли главных действующих лиц. Начались попытки реализовать обратный процесс — графит превратить в алмаз.
Научная — библиография алмаза содержит более десятка тысяч названий. Среди них немало великолепных работ. Но таково уж роковое соседство алмаза, что вокруг сопряженных с ним научных проблем завихрилось и все худшее, что скрыто в буржуазной науке: скороспелые сенсации и сомнительные эксперименты, эфемерные теории и спекулятивные выводы. С величайшей осторожностью приходилось относиться особенно к тем работам, где задача искусственного получения алмазов объявлялась будто бы разрешенной.
Взоры многих ученых обратились в глубину воронок алмазных копей, где под бичами надсмотрщиков копошились полуголые черные рабы. Исследователи силились представить себе и по возможности повторить алмазообразующие процессы, когда-то происходившие в глубоких воронках, заполненных синей породой — кимберлитом, — в этих артиллерийских стволах вулканизма. Англичанин Хенней накалял заваренный наглухо реальный артиллерийский ствол, начинив его соответствующей смесью, и как будто бы «получил алмазы». Крукс взрывал кордит в стальной бомбе и «получил алмазы». Француз Муассан стремительно охладил раствор графита в железе и тоже «получил алмазы». Другие бросались на штурм проблемы с еще более легковесным научным вооружением. Русско «получил алмаз», разлагая ацетилен в электрической дуге. Дедьер разлагал четыреххлористый углерод над алюминием, а Болотин — светильный газ над ртутью, и оба «получили алмазы». Люпарк и Ковален разлагали сероуглерод и также «получили алмазы».
Может быть, никогда еще в науке со времен алхимии не появлялось такого количества столь сенсационных и столь зыбких результатов. Как и у старинных алхимиков, эти разнообразные опыты имели одну общую особенность: их не удавалось повторить последователям. Теперь можно утверждать, соблюдая прямоту и деликатность, что эти работы относились к категории опытов, не подтверждаемых общественной практикой, непременным критерием истины. Похоже, что блеск драгоценностей слепил глаза ученым, мешал объективно оценивать результаты.
Но штурм алмазной проблемы продолжался…
Уже одно сопоставление удельного объема графита со сравнительно меньшим удельным объемом алмаза показывало, что без сжатия не обойтись. Известный американский физик П. В. Бриджмен попытался при комнатной температуре подвергнуть графит давлению в 400 тысяч атмосфер. То была последняя, отчаянная и — увы! — неудачная попытка решить проблему с одной лишь «позиции силы».
Дальнейшее потребовало тонких рассуждений… То, что не могло проясниться в циклопических бомбах экспериментатора, родилось при содействии маленькой стальной вещицы, столь же легкой, как рыболовный крючок, но, быть может, не менее могущественной, чем величественный телескоп или синхрофазотрон; мы имеем в виду оружие теоретика — перо. Советскому физику О. В. Лейпунскому путем тонких расчетов, буквально на кончике пера, удалось сформулировать «алмазные условия» — условия перехода графита в алмаз. Здесь и выяснилось, что одних высоких давлений недостаточно.
И вот в чем тонкость дела. Структура кристаллов графита и алмаза подобна строению каркаса высотных зданий. В узлах каркаса расположены атомы углерода, а невидимые связи между ними можно уподобить балкам и колоннам, силовым элементам здания. Разумеется, архитектура «здания» графита и алмаза совершенно различная. Теперь представьте самонадеянного
строителя, который подрядился изменить архитектуру здания одним лишь давлением извне, попыткой сдавить каркас. Вероятнее всего, у него ничего не получится. Для того чтобы заново перекроить архитектуру, недостаточно все решительно сжать, но, возможно, понадобится кое-что растянуть. Нужно не только уменьшить расстояние между атомами графита, но и кое-где их увеличить. Тут необходимо участие, как минимум, двух противоречивых сил, сжимающей и растягивающей, усиливающей и ослабляющей атомные связи. Такие противоборствующие факторы есть — это давление и температура. О. В. Лейпунский, опираясь на законы термодинамики, самые общие, непреложные законы природы, теоретически рассчитал области давлений и температур, в которых ажурная хрупкая архитектура графита переходит в несокрушимую крепостную архитектуру алмаза. Дугообразная плавная кривая диаграммы теоретика стала как бы аркой ворот в заповедное царство искусственных алмазов. Но открыть эти ворота оказалось невероятно трудным.
Давление в несколько десятков тысяч атмосфер, температура в несколько тысяч градусов — таковы были заветные числа «алмазных условий». Но ведь знать заветные величины для науки еще далеко не все. Для завоевания космоса мало знать величину космической скорости, надо суметь построить ракету, способную ее достигнуть.
Нашими учеными открыты богатые россыпи алмазов в Якутии, ими же решена задача искусственного производства алмазов.
Вот лишь несколько ступенек решения этой труднейшей задачи.
При высоких давлениях конструкционные материалы коварно изменяют свои свойства, проявляют себя с неожиданной стороны. Так, массивная стальная бомба, заполненная глицерином, под давлением в несколько тысяч атмосфер обнаруживала свою скважность, и глицерин струйками сочился из стенок бомбы, как пот из пор кожи. Сжатый под давлением в 9 тысяч атмосфер водород со взрывом прорывается сквозь стенки стального баллона, словно крепкий баллон превращается в рогожный мешок. Вещество бунтует, не желая подчиняться воле людей.
И ученые постепенно укрощали этот бунт материи и заставляли конструкционные материалы выдерживать давления, в десятки раз более высокие. Было открыто удивительное свойство стали и других материалов повышать свою пластичность и прочность под воздействием высоких всесторонних давлений. Оказывается, всестороннее давление само упрочняет стенки сосуда, уменьшает их скважность подобно тому, как уплотняется хлебная крошка, зажатая между пальцами. Были созданы сосуды с «активными» стенками, которые не пассивно сопротивлялись давлению, а сами переходили в наступление и сжимали объем, подпираемые гидравлическим давлением извне. Получился такой же эффект, как если бы кариатиды, изваяния силачей, поддерживающих здание, внезапно ожили и подперли стены силой своих богатырских мышц.
Предстояла еще одна головоломная задача: примирить аппаратуру не только с высокими давлениями, но и с высокими температурами, при которых начинают мягчеть и таять металлы. Теперь мы видим по установкам одного из институтов Академии наук СССР для получения искусственных алмазов, что и эта, казалось бы, вовсе нерешимая проблема решена.
«Уголь — в алмазы!» — да ведь это девиз всей социалистической техники, всей советской науки, а быть может, и всей советской жизни, всех советских людей, строящих коммунизм.