Як відкривали важку воду

Після відкриття Д.І. Менделеєвим періодичного закону вважалось, що основу вчення про хімічні елементи завершено. Але наука не стоїть на місці і дає поштовх для нових дослідів. Швидко було відкрито ще 40 елементів і всім їм знайшлося місце в таблиці Менделеєва.

Але після відкриття радіоактивності в 1934 р. було виявлено набагато більше радіоактивних речовин, яким вже не було місця в таблиці. Але це не порушило закон Менделеєва. В 1910 р. англійський фізик Ф. Содді довів, що ці речовини не являються новими елементами, а лише різновидностями раніше відомих з іншою масою ядра. Тому їх треба вмістити в ті ж клітини таблиці. Звідси і виникла назва – ізотопи, що по грецькі означає – те саме місце. Тепер відомо і більш менш вивчено понад 1500 ізотопів для всіх без винятку 102 елементів. З них 1170 – штучних, а решта – стабільні, які входять до природних елементів. Тепер ізотопи дуже широко і різноманітно використовуються в багатьох сферах.

В 1932 р. американський фізик Г. Юрі відкрив важкий ізотоп водню. Він звернув увагу на те, що атомна маса водню на 0,02% більша, ніж слід очікувати. Юрі висловив припущення, що звичайний водень поряд з відомими атомами з масою ядра 1 (складається з одного протона) містить невелику домішку важкого ізотопу з атомною масою 2 (в ядрі крім протона міститься 1 нейтрон). Йому вдалось сконцентрувати важкий ізотоп вільним випарюванням рідкого водню. Цей ізотоп назвали дейтерієм, грецькою – другий, а легкий ізотоп протієм – грецькою перший.

О.І.Бродський, 1960 р.

Пізніше Г.Юрі і Е. Осборн знайшли, що вода взята з старого промислового електролізера для отримання водню, має більшу густину, ніж звичайна вода.

Цією ідеєю скористалися американські фізико-хіміки Льюіс і Макдональд. Вони, не розкриваючи методику піддали тривалому електролізу воду зі старих електролізерів і отримали 0,3 г води, в якій майже весь водень знаходився в формі важкого ізотопу.

Тема електролізу була дуже близька для О.І. Бродського. Він вже декілька років завідував лабораторією електрохімії розчинів, захистив дисертацію в цій галузі. Олександр Ілліч добре знав декілька мов – англійську, німецьку, французьку. Змолоду він був обізнаним зі світовою науковою літературою. Передплачував всі найважливіші іноземні часописи з фізики і хімії, академікам і докторам (їх було тоді не так багато) держава надавала валюту. При повній ізоляції СРСР від світу не дати розумним головам ознайомитися з тим, що діється в науковому світі – це вже повний провал радянської науки. Хоча ми ще зі школи знали, “ що всі найбільші винаходи і відкриття робляться тільки російськими вченими ”.

Олександр Ілліч був блискучим знавцем світової наукової літератури, і ніколи не пропустив жодної новинки. Змолоду і до останніх днів життя у нього була якась неповторна інтуїція, здібність до самих перспективних розробок в науці, які в майбутньому принесуть найбільшу користь. І коли він випадково натрапив на невелику публікацію Льюіса про важку воду, він відразу ж зрозумів важливість цієї теми і одним з перших, а в Радянському союзі першим, з головою поринув у цю проблему.

Пізніше, оцінюючи значення відкриття важкої води, Олександр Ілліч писав: «Багато найвизначніших учених, навіть не знаючи, до чого це відкриття може привести в майбутньому, вважали це відкриття одним із найважливіших завоювань 20 століття. Жодна галузь хімії ніколи не розроблялась з такою швидкістю та інтенсивністю.

Найвідоміші світові вчені залишали свої колишні теми і повністю зайнялись вивченням питань, пов’язаних з «важкою водою». Відкриття важкої води поклало початок широкому вивченню нової найважливішої галузі хімії, якій належить широке майбутнє – це хімія ізотопів.»

Ніхто з учених, які працювали ж важкою водою методику її отримання не розкривав, бо існувало велике змагання між ученими за першість.

Знали тільки, що одним з методів отримання важкої води можливим був електроліз. Тому кожна група вчених розробляла свою методику. В групі О.І. Бродського були сконструйовані оригінальні електролізери і розроблений новий інтерферометричний метод визначення дейтерію, значно кращий і швидший за існуючі. Оскільки в Радянському союзі водень не вироблявся електролізом води, дніпропетровські «важководенці», як їх тепер називали, використовували звичайну воду з Дніпра, але методика мала суттєві деталі, які спрощували електроліз. Публікувався тільки кінцевий результат - який відсоток збагачення досягнутий і кількість отриманої води.

Всі співробітники працювали в три зміни з великим ентузіазмом. І уже через 2 місяці після початку робіт в червні 1934 р. концентрацію важкої води довели до 6,3% D2О, порівняно з 0,3 г D2О майже 100% у американців. Але максимальна кількість води була дуже мала. Для отримання подальшого концентрування води необхідні були солідні джерела електроенергії, якої не вистачало в Інституті фізичної хімії Дніпропетровська.

Зважаючи на велику зацікавленість країни в якнайшвидшому отриманні результату, О.І. Бродському було дозволено змонтувати дослідну установку просто в залі міської Дніпропетровської електростанції - Дніпрогесу.

Вона складалася з 220 скляних циліндричних електролізерів, оригінальної конструкції В.О. Александровича, зібраних в 4 агрегати в ємкостях із зовнішнім охолодженням. Перший цикл електролізу провели за 1,5 місяці. Із 33 літрів вихідного електроліту отримано 0,2 мл 95% дейтерієвої води D2О. Так були добуті перші в СРСР порції важкої води всього через 3 місяці після американців. Ще через декілька місяців в серпні 1934 р. отримані перші порції 0,43% дейтерієвої води в Норвегії в Рюкані. Більше в Європі даних про важку воду не зафіксовано.

За результатами виконаних робіт групою, очолюваною О.І. Бродським, у найавторитетнішому часописі країни, «Доклади академії наук СРСР» було надруковано статтю «Концентрування важкої води».  Це була перша публікація про результати досліджень з проблем важкої води в Союзі. Стаття була опублікована через 3 місяці після першої публікації американців.

Оскільки групи працювали ізольовано, то кожне відкриття вважалось самостійним. І група професора О.І. Бродського була першою в Радянському Союзі.

Я хочу процитувати, як цей дуже важливий момент в житті О.І. Бродського описано в чудовій монографії вчених Дніпропетровського університету “Академік Олександр Ілліч Бродський”, де він виконав цю роботу.

 «Вражає оперативність з якою опублікована стаття, представлена академіком Л.В. Писаржевським, в першому наступному номері, потіснивши інші статті в тому ж 1934 році. Це було неймовірно, статті, звичайно, вилежувались в редакції до року, а то і більше, а тут опублікована прямо з коліс».

І вже не заважала ніяка «п’ята графа», батьки за кордоном, і те, що автори статті були не росіяни Іванов-Петров-Сидоров, а з провінційного українського Дніпропетровська. Це для радянської влади було найважливішим для оцінки наукового доробку вченого. Все найважливіше повинне було виходити тільки з Москви.

Примітивне устаткування з декількох десятків електролізерів, на якому завдяки величезній праці зроблено геніальне відкриття: вперше в СРСР отримано важку дейтерієву воду, Дніпровська гідроелектростанція, 1934 рік.

Це означає, що для академічного, особливо високого партійного начальства лозунг «догнати і перегнати Америку» - понад усе. Досягнення О.І. Бродського і його співробітників набули широкого розголосу і визнання громадськістю усієї країни. Ленінградська «Вечерняя газета» в статті «Видатна перемога радянської науки» писала: – «практичний секрет одержання важкої води розкритий сьогодні радянською наукою повністю. Заслуга цього відкриття належить Дніпропетровському Інституту фізичної хімії, де під керівництвом професора О.І. Бродського вперше в союзі одержано «важку воду» в чистому вигляді. У розпорядженні цього інституту є вже 44 г цієї води. За ефективністю установки інституту вона переважає зарубіжні. Могутнє джерело енергії «Дніпрогес» забезпечує безперебійне отримання будь-яких кількостей води. Нова наука – фізика і хімія ізотопів – поставлена відтепер на міцну реальну базу».

Обком КП(б)У та Облрада Дніпропетровська в серпні 1935 р. винесли спільну постанову «Про успішне завершення професором О.І. Бродським і його «бригадою»( а не науковими співробітниками – так краще звучить у пролетарській державі) першого етапу робіт з одержання важкої води. У цій постанові повідомляється зокрема, що професор О.І. Бродський і його «бригада» преміюється 10 тисячами карбованців, а сам професор О.І. Бродський визнаний «ударником науки».

Але саме головне – постановили: вивісити портрет О.І. Бродського, як «ударника науки» на міській дошці пошани (під склом щоб не мокли під дощем) поряд з ударниками промисловості,  сільського господарства і транспорту. За розробку способу добування важкої води О.І. Бродського в 1936 р. відзначили премією «за хімізацію СРСР». Ідеться звісно не про гербіциди.

Так тепер звались перші спроби досліджень в галузі атомної енергетики і розробки атомної зброї. Цікаво, що пізніше комітет з атомної енергетики, членом якого О.І. Бродський був з першого дня його заснування, називався сором’язливо «комітет сприянню обороні», хоча він координував всі ці роботи.

Метод електролізу був дуже енергозатратний, використання його було доцільним коли треба було отримати перші зразки важкої води як найскоріше, не зважаючи на затрати. А коли з’явилась в кінці 30 років минулого століття необхідність в великих кількостях цієї води лабораторія О.І. Бродського, яка тепер мала назву – хімії ізотопів – почала займатись розробкою більш економних, досконалих і швидких методів концентрування шляхом фракціонування (перегонки води) в спеціальній колоні з великою кількістю тарілок для збирання рідинних фракцій. Тоді ж О.І. Бродський розробив теорію побудови таких колон і здійснив узагальнення для всіх методів ступінчатого фракціонування.

Така фракційна колона, для отримання важкої дейтерієвої води, а також збагачення важким ізотопом кисню О18 – по суті перша напівпромислова установка в Cоюзі працювала у нас в Інституті фізичної хімії в першому приміщенні в Києві по вул. Леніна 15 (тепер вул. Богдана Хмельницького) в дуже засекреченій шахті ліфта, який не працював. Говорили, що це покинутий ще з війни об’єкт. Тільки одиниці «посвячених» знали про це. Я перших 7 років з 1951 працювала в цьому корпусі (в 1957 ми переїхали в нові корпуси інституту на вул.. проспект Науки), займалась дослідженням властивостей важкої води і розробкою перших в Cоюзі швидких мас-спектрометричних методів аналізу дейтерію і О18 і не знала, звідки ця вода береться.

Одразу після одержання перших порцій важкої води до нас почали надходити листи від науковців інститутів, в основному секретних, які почали займатися проблемами атомної енергетики з проханнями надати хоч невеликі кількості цієї води – фізики з Ленінграда радієвого та фізико-технічного інститутів, а також з Москви і Харкова. Це пояснювалось тим, що ядра дейтерію виявились зручним снарядом, яким фізики при дослідженнях могли бомбардувати ядра інших елементів.

Таким чином, на перший погляд отримання ще однієї нової хімічної сполуки – важкої води, незначне відкриття стало дуже затребуваним в усьому світі.

В 1939 р. О.І. Бродський отримав звання академіка за відкриття важкої води і роботи в галузі хімії ізотопів. Вручаючи йому посвідчення дійсного члена Академії наук України, О.О. Богомолець сказав: “Олександр Ілліч, я розумію, що ви зробили велике відкриття, але поки що воно не має ніякого практичного значення”. Тоді в 1939 р. О.О. Богомолець ще не знав, що уже в 1938 р. німецькі хіміки О.Ган і Ф.Штрассман відкрили поділ урану під дією нейтронів.

О.І.Бродський, Дніпропетровськ

Після численних пошуків, насамперед групи Жоліо-Кюрі у Франції, учені дійшли висновку, що для сповільнення нейтронів можна використовувати вуглець у вигляді графіту або важку воду. При цьому важка вода мала значні переваги.

Так що, О.О.Богомолець помилився, відкриття О.І. Бродського уже на той час мало величезне практичне значення для атомної енергетики і гонки озброєнь для знищення людства. Чого світлі голови ніколи не хочуть, але великі відкриття часто використовують не на користь людства. Так сталось із важкою водою.

Отже, результати дослідження ізотопів, розпочаті з ініціативи О.І. Бродського в нашій країні відіграли важливу роль у розв’язанні атомної проблеми і  розвитку атомної енергетики. Тобто, О.І. Бродський працював на передньому краї науки. І це дозволило нашій країні стати в один ряд з самими передовими прогресивними країнами світу. Ну а те, що результат згубний (дозволив отримати ядерну зброю), це вже не вина генія. Все рівно ці розробки продовжувалися б в інших країнах. І те, що вони з’явились в нашій країні це також велика заслуга О.І. Бродського і ряду інших атомщиків. Бо таке протистояння дозволило віддалити страшну катастрофу – ядерну війну на  багато десятиліть. За цей час люди змогли усвідомити всю небезпеку цієї катастрофи, яка може привести до загибелі людства і може таки люди схаменуться.

Французькі та англійські вчені орієнтувалися на використання важкої води, планували скористатися запасами води, виробленими в Норвегії. На ці запаси розраховували і в Німеччині, коли розпочали роботи над створення атомної суперзброї, однак їхній караван з великою кількістю води підірвали англійці, що затримали ці роботи. І, таким чином, побудова зброї в Німеччині в розпал війни зійшла нанівець і переїхала в Америку.  В США, які не мали запасів важкої води, але володіли родовищами уранових руд створювали уран-графітові реактори.

В Радянському Союзі працювали над створенням реакторів обох типів. Перший важководневий реактор вступив у дію в 1949 р. в інституті теоретичної та експериментальної фізики в Москві містив кілька тонн важкої води.

Отримання перших порцій важкої води в червні 1934 р., яке О.І. Бродського зробило всесвітню відомим вченим-атомщиком, він вважав одним із самих важливих свят в своєму житті і в перші роки ми відмічали його майже кожен рік в лабораторії, коли з ранку приходили в його кабінет, співали йому пісеньку:

«Немало мы по воле неба тяжелого едали хлеба,

а тут еще профессор Бродский,

ну что ему наш быт сиротский

и он, насилуя природу, тяжелую придумал воду

тяжелая водичка, тяжелая вода,

зачем ты Сашей Бродским на муки нам дана»

А круглі дати 20, 25, 30 річчя (це вже на моїй пам’яті) святкували в інституті. Останню дату в житті Олександра Ілліча – 30-річчя в 1964 р. ми святкували особливо урочисто і багатолюдно як в інституті, так і в оселі Олександра Ілліча. Було багато гостей, друзів з різних міст, свідків цієї знаменної події.

Святкування 20-річного ювілею відкриття важкої води в оселі О.І.Бродського, 1954 р.,крайні зліва – О.І.Бродський з дружиною, третя зліва - автор

Шкода, що тоді фотоапаратом не дуже користувалися (як зараз, коли фіксують кожен момент свого життя). У мене збереглися тільки дві фотографії святкування 20-річного ювілею в 1954 р., коли ще був живий улюбленець лабораторії, права рука О.І. Бродського Г.П. Міклухін, якого він уже готував собі на зміну, на завідування лабораторією (на фото крайній справа).

Великі заслуги О.І. Бродського були гідно поціновані. В 1939 р. він став Академіком АН УРСР, в цьому ж році – директором Інституту фізичної хімії. В 1943 – обраний членом-кореспондентом АН УРСР і нагороджений орденом Трудового червоного прапору за доблесний труд в роки Другої світової війни. В 1946 – удостоєний Державної (Сталінської) премії, за розробки в галузі розділення та застосування ізотопів. Слава його гриміла по всьому Союзу.

З моменту відкриття важкої води багато науковців зацікавились цим феноменом. В перші роки це були суто наукові дослідження, як в нашій лабораторії, так і в інших країнах. Ми проводили десятки реакцій в звичайній воді і паралельно в важкій з різними відсотками дейтерію і довели, що хімічно вони подібні і не впливають на механізм процесу.

Важкою вода названа тому, що має важкий ізотоп водню D2 в своєму складі, незалежно в якій кількості, якщо це не 100% D2O, то вказується відсоток в її складі. Важка вода входить в склад природної води в концентрації 1/5000 – 1/7000 по відношенню до загальної кількості водню. Для людини важка вода в невеликій кількості абсолютно безпечна. За життя ми випиваємо тисячі літрів води (правда, важку воду ніхто не пив – дуже дорого), організм людини складається на 80% з води.

Як доказано в багаточисельних роботах нашої лабораторії важка вода, використана як ізотопна мітка не впливає на хід процесу, але дозволяє оцінити його механізм, прослідивши шлях переходу дейтерію від однієї молекули до іншої. Вода з міткою зразу ж при розчиненні вступає в рівновагу з воднем дослідної речовини – так званий ізотопний обмін.

Заміна в воді водню на дейтерій суттєво змінює фізичні і фізико-хімічні. Це явище має назву ізотопний ефект, і саме для водню він найбільший, порівняно з іншими елементами. Із фізичних властивостей найбільша різниця у в’язкості, в D2O вона при 25°С на 23% вища, ніж в Н2О.

В лабораторії були розроблені декілька денсиметричних способів аналізу води, заснованих на вимірі щільності води: пікнометричний, флотаційний, мікрофлотаційний. Точність цих методів становила 0,3 – 1 %, але все рівно вони були громіздкі, довготривалі, потребували глибокої очистки води, тому що присутність солей і органічних речовин змінюють щільність води. Крім того, ці методи дають тільки сумарну кількість дейтерію і важкого ізотопу кисню поки тривали тільки наукові досліди, такі методи аналізу були в нагоді. Але коли з’явилась необхідність в отриманні великої кількості важкої води і постійному контролі накопичення дейтерію – конче необхідно були швидкі методи аналізу.

В 50 роки це було найбільшою проблемою, якою опікувався Олександр Ілліч. Швидких аналізів потребувала не тільки важка вода, а і стабільні  ізотопи, які вже широко використовувались, як мічені атоми в різних сферах народного господарства, науки і техніки.

Єдиним приладом для таких аналізів був мас-спектрометр. Перші дослідні зразки уже з’явились в Америці, але в Радянському союзі їх ще не було.

Оскільки апаратури для наукових досліджень завжди було замало (а особливо дуже дорогих), О.І. сам конструював прилади для своїх досліджень. Для нього ніколи не існувало проблем. Є ідея і необхідність – значить придумаємо, як це виконати. В цей час ми готували, всесвітню пролетарську революцію, щоб всі стали пролетаріатом, як і ми. Всі компартії світу, були на утриманні СРСР. Уже продали половину Ермітажу, обідрали золото і срібло з усіх церков, що збиралось віками, а грошей все рівно не вистачило. Як тут державі думати про науку, коли ще не досягнута головна мета.

Але для Олександра Ілліча проблем ніколи не існували, він не чекав манни небесної, а сам вирішував проблеми, навіть витрачав свої гроші, щоб виконати те, про що він мріяв – сам конструював прилади для своїх досліджень. Тому недивно, що він наважився в лабораторії конструювати такий надскладний прилад як мас-спектрометр.

Група талановитих інженерів, в тому числі чудо-механік І.С.Волненко почав конструювати за кресленнями О.І., під його керівництвом і безпосередній участі, мас-спектрометр, тільки знаючи принцип його роботи. І.С.Волненко виточив на токарному станку основні металеві деталі приладу, необхідні вимірювальні прилади закуповувались навіть на ринках без чеків, значить за свої гроші, О.І. ніколи не шкодував, якщо треба було виконати мрію. Вакуумна установка для мас-спектрометра була виготовлена в нашій склодувній майстерні теж при його обов’язкових консультаціях.

Перший екземпляр приладу займав півкімнати (як перша обчислювальна машина М-220 в інституті кібернетики) – але він все-таки запрацював і давав добрі результати. Правда, ніхто не знав скільки праці треба було затратити, щоб записати на діаграмному папері мас-спектр. Потрібно було 5-7 повторів, а потім з допомогою лінійки усереднити лінії спектра. Пізніше наш «динозавр» набув більш пристойного вигляду. Прилади для вимірювання розмістили на панелях. Вакуумну установку обшили плексигласовими плитами.

І коли до нас приїхав відомий англійський професор по мас-спектроскопії Інгольд і побачив прилад, він спочатку жахнувся, а потім записав в книзі відгуків – «я вражений – на такому агрегаті - отримувати такі першокласні результати.» Він у себе вдома працював на приладах, менших за наш найменший в ті часи (50 роки) телевізор.

У нас завжди були «временные трудности», які переборювались «рабским героическим трудом» - і на виході був пристойний результат.

Але не дивлячись на всі труднощі, на весь радянський союзі  це був перший мас-спектрометр, який був вкрай необхідний для розробки швидких методів аналізу ізотопів – 20-30 хвилин – замість 24-30 годин.

Коли я прийшла в інститут, мас-спектрометр був недобудований, а через 1,5-2 р. коли монтаж був закінчений, опанувала роботу на ньому. А далі я зайнялась розробкою швидких методів аналізу ізотопів у важкій воді та ряді інших стабільних ізотопів. Це була тема моєї кандидатської дисертації. І почалась моя довга робота на мас-спектрометрі. Завдання полягало в тому, щоб для кожного хімічного елемента підібрати з декількох реакцій одну необхідну, а якщо треба, то і прилад для переводу досліджуваного міченого атому в газоподібну сполуку, яку можна було б дослідити в мас-спектрометрі.

Перше з чого я почала, це була розробка аналізу дейтерію у важкій воді. Здавалось, що це можна зробити просто – аналізувати пари важкої води, але вияснилось, що пари води адсорбувались на всіх деталях приладу і результати спотворювались. Тому довелось перепробувати декілька реакцій, щоб перевести дейтерій в іншу газову сполуку. Газ не мав бути токсичним, реакція швидка, тому що швидкість аналізу залежала також і від часу виготовлення проби.

Коли робота була закінчена,і я перевірила всі наявні в лабораторії еталонні проби важкої води і отримала хороший збіг результатів, то вважала що аналізом можна користуватись. Звичайно, Олександр Ілліч дуже цікавився роботою, знав про всі невдачі та успіхи. Коли я, нарешті, сказала йому про добрий результат, він прийшов в лабораторію і захотів сфотографуватись в цей знаменний день. Це був 1954 рік – тобто рівно 20 років з моменту першого відкриття в Радянському Союзі важкої води, що зробило О.І.Бродського відомим в нашій країні і в цілому світі, де займались цими проблемами.

Академік О.І.Бродський біля саморобного мас-спектрометра в час розробки першого в Радянському Союзі швидкого аналізу ізотопного складу важкої води.

Він запропонував стати і мені поруч з мас-спектрометром, але я не наважилась, тому що це було свято тільки Олександра Ілліча. Щасливе завершення його двадцятилітньої праці швидкими методами аналізу важкої води та ізотопів, яких чекали дуже багато науковців, незалежно від того, хто йому в цьому допомагав. Я посоромилась стати поруч і забрати на себе частинку його слави. А то був би у мене «потрійний» портрет «ми і мас-спектрометр». Останній теж його дітище, яким він мав право гордитися, бо це був перший саморобний прилад в Союзі.

А я все-таки попала в кадр з Олександром Іллічом, на першу обкладинку, коли нас сфотографували для часопису «Наука і життя», присвяченому ізотопам і звичайно найбільшому надбанню в інституті, першому в Радянському Союзі саморобному мас-спектрометру.

Академік О.І.Бродський і кандидати хімічних наук Л.Л. Гордієнко та С.Г.Демиденко біля першого в СРСР мас-спектрометра, на якому були розробленні швидкі методи аналізу стабільних ізотопів

Далі я займалася розробкою методів  аналізу важкого ізотопу кисню О18 в важкій воді і інших сполуках, а також розробляла методи аналізу інших стабільних ізотопів, які широко використовувались в методі мічених атомів. Всі матеріали були опубліковані в статтях, а також зі схемами приладів в підручнику О.І.Бродського «Хімія ізотопів» в розділі «Мас-спектрометричний аналіз стабільних ізотопів».

Коли швидкі ізотопні методи були розробленні, всі, хто працював в нашій лабораторії з важкою водою та іншими ізотопами, що використовувались як ізотопні мітки, перейшли на мас-спектрометричні методи. Я навчала всіх, а часто і сама виконувала аналізи, так що мас-спектрометр працював безперервно.

Коли я вперше на конференції зробила доповідь про наші роботи, до мене підходило багато людей і дивувались, що вони роками мріють придбати мас-спектрометр, а  у нас він уже працює.

Я могла сказати тільки одне, нам дуже повезло, що в нашій лабораторії є така розумна голова, що може вирішити будь-яку проблему, а крім того має ще й золоті руки, які можуть за своїми кресленнями сконструювати який завгодно надскладний прилад, якого в природі ще не має.

Отже дослідження, розпочаті О.І.Бродським та його співробітниками відіграли важливу роль у розвитку атомної енергетики. Сьогодні уже неможливо уявити розвинену промислову техніку без використання ізотопів. Тому масштаби виробництва важкої води постійно зростають. У сучасних промислових реакторах кількість важкої води, яка служить сповільнювачем нейтронів досягає 50-60 тонн. Виробництво цієї води в деяких країнах (Канада) досягає сотні і тисячі тонн.

Щоб розібратися, чому так багато важкої води використовується в атомних реакторах, треба привести найпростішу схему реактора, який працює на нейтронах. Активна зона, де проходить основний процес має форму циліндра, викладеного всередині графітовими брусками і розміщається в герметичному металевому баку, наповненому гелієм для тепловідводу. В активну зону вводяться трубки в вигляді порожнистих стрижнів, виготовлені з основного радіоактивного компоненту – урану. Стрижні розміщенні в алюмінієвих каналах з великим зазором для циркуляції води. В активній зоні є канали для вводу стрижнів для регулювання процесу , опромінюваної речовини, вводу і виводу нейтронів, а також канал для аварійних стрижнів, які автоматично опускаються в активну зону і припиняють процес протягом 1/50 сек.

Вода постійно під тиском циркулює між центральним каналом уранових трубок і алюмінієвими каналами, і виконує роль сповільнювача нейтронів поряд з графітом, а також між трубками урану і теплообмінниками, розташованими в тілі бетонного покриття для захисту від опромінення, товщина стінки 3 м для охолодження реактора до температури ~ 25°С. Поглинання нейтронів викликає великий викид теплової енергії, яку треба постійно відводити з реактора, бо перегрів може іноді досягти ~ 500°С, що може викликати вигорання графіту.

Таким чином, важка вода в реакторі діє зразу в двох іпостасях - сповільнювача і охолоджувача, і ці функції розділити неможливо.  Тому використовуються такі великі кількості важкої води. Крім того кількість води залежить від розміру і продуктивності реактора.

Так що основні витрати води ідуть на атомну енергетику. Інша дуже велика частина наукових дослідів: отримання нових радіоактивних елементів, мічених атомів для контролю виробництва нових препаратів, використання в дослідах фізиків для бомбардування ядер, а також отримання дейтеронів і нейтронів і інших елементарних частинок для реакторів, потребує кілограми або десятки кілограмів. Тобто всі перелічені досліди потребують мізерної кількості  важкої води порівняно з атомною енергетикою, хоча вони мають величезне наукове значення.

Звичайно в Союзі О.І.Бродський був найкращим фахівцем в галузі ізотопії і радіоактивності, і був неоціненною знахідкою для комітету по атомній енергетиці – де єдиною сутністю процесу були якраз важка вода, ізотопи і радіоактивність. В своїх статтях він говорив, що в атомній енергетиці велику перспективу може мати не природній U238, а його легкий ізотоп U235, який знаходиться в мізерній кількості в урановій руді. Кількість урану U238 в 140 разів більша.

Звичайно, Олександр Ілліч, який завжди умів знаходити найактуальніші теми, першим в Союзі почав займатися пошуками нових ізотопів урану.

Інтенсивно досліджуючи ізотопи, він займався розробкою методів їх розділення (на прикладі важкої води ми знаємо наскільки це трудомісткий процес – недарма ця вода називається важкою).

Перед другою світовою  війною він розробив декілька способів розділення ізотопів: електролітичний, фракційний, термодифузійний. В 1942 р. він вперше в Союзі опублікував статтю «Часткове виділення легкого ізотопу урану термодифузією». Він дійшов висновку, що з-поміж різних способів концентрування найбільшої уваги заслуговує дифузійне виділення U235 в вигляді гексафториду UF6.

Так що крім важкої води О.І. Бродський має великі заслуги перед атомною енергетикою, тому що вперше в Союзі виділив чистий U235 (так званий збагачений     уран) методом термодифузії, який зараз широко використовується в уранових реакторах. Дослідження, розпочаті О.І. Бродським були продовжені в 1943 р. в Радієвому інституті в Ленінграді, а також в Уральському фізико-технічному інституті і завершилися створенням промислового методу розділення ізотопів урану. Розробку було закінчено в Ленінграді в Інституті атомної енергії під загальним керівництвом І.В. Курчатова. Стаття О.І. Бродського відіграла велику роль у створенні атомної зброї, бо саме розроблений О.І. Бродський метод дифузії став на практиці одним із основних методів збагачення урану.

Коли я продивлялась літературу про розділення ізотопів урану, мені в очі впав сенсаційний заголовок «Академік І.К. Кікоін – науковий керівник проблеми – розділення урану в СРСР. Історія радянського атомного проекту (40-50 р) О.І. Бродського наче і не існувало. Як співалось в радянській пісні – «все вокруг колхозное, все вокруг мое (звичайно, російське)». Кікоін – один із виконавців теми, якою керував І.В. Курчатов в Інституті атомної енергії в Ленінграді.

Ще в першому виданні «Хімії ізотопів» в 50 роки, Олександр Ілліч підкреслював, що для промисловості великі перспективи мають реактори, які працюють на збагаченому U235. І ні словом не прохопився, що отримання цього ізотопу  – це його розробка, його велике досягнення. Такі реактори працюють на швидких нейтронах, а значить не потребують сповільнювачів. Тобто в цьому випадку можна відмовитись від дуже затратної важкої води, але тепер великі кошти треба витрачати на збагачення урану. Технологія його видобування на горно-рудних комбінатах з уранової руди, основана на розробленій О.І. Бродським методиці розділення дуже трудомістка, залишає багато радіоактивних відходів і токсичних речовин. Але переваги збагаченого урану в тому, що його критична маса в реакторі значно менша, ніж для U238, який працює на теплових нейтронах.

Уже в першому промисловому реакторі електростанції АН СРСР, побудованому в Москві в 1952 р. під керівництвом Д.І. Блохінцева і, звичайно не без допомоги О.І. Бродського (про якого нема ні слова), загрузка урану була 550 кг з 5% U235. Оскільки швидкі нейтрони добре сповільнюються в легкій воді, то в цих реакторах створюються такі умови, при яких ядра урану – 238 не розпадаються, а поглинають сповільнені нейтрони і перетворюються в новий радіоактивний елемент плутоній Pu239. Останній може отримуватись в кількостях, яка перевищує витрати U235. Тобто радіоактивний матеріал не тільки витрачається, а навіть збільшується за рахунок перетворення U238. Так що майже весь уран може бути використаним. Існування таких реакторів передбачав О.І. Бродський і назвав їх відтворювальними ще в 50 роки минулого століття.

Цікаво зазначити, що Олександр Ілліч, як справжній великий вчений, для якого важка вода була знаковим явищем і принесла йому велику славу, не тримався за те, щоб використовувався в атомній енергетиці тільки його винахід. Правда в ті часи великих грошей за винаходи не платили і патенти не видавали.

О.І. Бродський весь час вів пошуки здешевлення атомної енергетики і заміни важкої води легкою. Хоча для нього було дуже престижно, щоб його відкриття - важка вода, було як найбільш задіяне. Важка вода навіть без атомної енергетики займала в науці дуже почесне місце і була частиною великої проблеми хімії ізотопів, якою він займався все своє життя – створення нової науки – хімії ізотопів, яку вивчають в Вишах тисячі студентів.

Збройний плутоній Pu239, який може отримуватись в реакторах, працюючих на U235, може також самостійно використовуватись як надпотужне ядерне паливо. Він розпадається при дії швидких нейтронів, випромінюючи величезну енергію і декілька швидких нейтронів, необхідних для продовження ланцюгової реакції. І ось тут можна було б радіти, винайдено спосіб, в якому невелика кількість збагаченого U235 при розпаді може ініціювати поглинання U238 уже сповільнених нейтронів, перетворюючи його ще в більш потужне ядерне паливо – тобто винайдений майже вічний двигун ще й працює на легкій воді. Але ми вже дожили до такого часу, що і легка вода в дефіциті, люди помирають від спраги і нестачі звичайної води і її треба теж  економити.

Але є один нюанс, який зводить нанівець весь процес. Виявилось, що Pu239 – радіоактивний елемент з періодом напіврозпаду 24400 років, може використовуватися як вибухівка для атомних бомб. Тому на стадії отримання оптимальної кількості Pu239 реактор заглушають, вигружають радіоактивну масу і з неї хімічно виділяють Pu239, який іде на начинку для атомних бомб і на склади, щоб було чим воювати вдячним нащадкам, через 10-20 тисяч років, якщо хтось ще залишиться на землі і сама земля. Недавно прочитала в Інтернеті огляд про стан атомної енергетики в світі. Виявилось, що такі реактори для отримання електроенергії мало використовується, а працюють в основному для виготовлення смертоносної зброї.

Звичайно, якась частина теплової енергії використовується для потреб економіки. Треба ж охолоджувати реактор, який так легко поставляє неоціненну зброю.

Наступає конфлікт між атомною енергетикою і жадобою людей до війни. В деяких божевільних головах, навіть президентських,зріє мета правити світом, хто найбільше наробить бомб, той буде тримати людство в страху і буде господарем. Для цього треба знищити половину людства замість того, щоб його накормити.

Самий вигідний спосіб отримання електроенергії перетворюється на вироблення самої страшної зброї для знищення людства.

Правда вихід є. Учені уже буквально за крок до створення невичерпного джерела екологічно чистої енергії. Німецькі учені з інституту Планки оголосили про успішне випробування термоядерного реактора. По суті – це труба зігнута в кільце, всередині плазма, де проходить реакція виділяючи неймовірну температуру ~ до 100 мільйонів градусів. Трубка обкручена магнітами, охолодженими до космічного холоду, щоб отримати сонячну енергію всередині. Але найголовніше – паливом для такої ядерної реакції виступає приємний для мого слуху дейтерій. Так що буде життя -, як сказав Остап Бендер, - Парад продовжується!

О.І. Бродський першим в Союзі оцінив величезну роль ізотопів і уже в 1934 р. його лабораторія електрохімії була перетворена на першу в світі лабораторію хімії ізотопів. Завдяки блискучому розуму і величезній ерудиції О.І. Бродського, цілеспрямована праця цієї лабораторії, яка в кращі часи налічувала більше 60 співробітників привела до створення нової науки - хімії ізотопів, засновником якої по праву вважається О.І. Бродський.

Ще в 1944 р. вийшов великий ювілейний збірник АН УРСР, присвячений 10-літтю відкриття важкої води. Ці 10 років О.І. Бродський дуже інтенсивно працював і писав про ізотопи. Вся лабораторія – «важководенці» Дніпропетровська – з 1934 р. працювала над поглибленням знань в галузі ізотопії і звичайно радіоактивності, як невід’ємної частини цієї великої проблеми. Ці статті в часописах, виступи на конференціях увійшли в ювілейний збірник, були предтечею підручника «Хімії ізотопів» - перше видання якого було в 1952 році. Наступні видання підручника він поповнював роботами лабораторії і закордонних науковців, які працювали в цій галузі. Так, як він це робив при написанні підручника «Фізична хімія». І тепер «Хімія ізотопів» - це єдиний посібник в цій галузі, який вивчається в вишах.

Я колись здавала кандидатський іспит по цьому підручнику, свіженькому, щойно з типографії, і тоді, мабуть, не розуміла величі цієї проблеми. Я прочитала з задоволенням цю книгу як романтичний бестселер, де описані дуже складні явища простою зрозумілою мовою.

І я відчула з яким задоволенням, такий відданий науці, писав цю книгу сам Олександр Ілліч, в якій він описав більш як тридцятилітню працю над цією проблемою, де майже половину наукових робіт, він виконав сам своїми руками, а також за допомогою багато чисельних учнів, які втілювали в життя його ідеї.

Мені хочеться згадати слова журналістки Елади Волкової, яка неодноразово спілкувалась із О.І. Бродським і сказала про нього чудові слова: «Ні, він не був «щасливчиком». Основа його успіху – величезна неймовірна працездатність, висока організованість, винятковий дар наукового передбачення і, головне, щира відданість науці». Краще і не скажеш!

О.І. Бродський в своїй книзі ніколи не акцентував на своїх особистих досягненнях. Невелика, але дуже вагома стаття, написана в тяжкі роки війни 1942 р. про методику отримання збагаченого урану – 235, привела до великих звершень і змін в атомній енергетиці. Ця стаття загубилась серед майже 1600 посилань на численні статті його лабораторії та інших закордонних вчених. Звичайно, я з великими труднощами знайшла в «Хімії ізотопів» як скромно писав про цей непересічний факт, спів мірний з отриманням важкої води, не прохопившись ні єдиним словом про свою участь і свої заслуги. Наче б то це зробила інша особа десь в далекій Австралії, а не в Дніпропетровську, в мало тоді ще знаному Інституті фізичної хімії. Він просто констатував важливий факт з точки зору вченого.

Крім майже постійної роботи в комітеті з довготривалими відрядженнями до Москви він ще був директором великого академічного інституту, керівником відділу, в якому працювало більше 60 співробітників. Він керував всім комплексом робіт лабораторії. В нього постійно виконувались кандидатські і докторські дисертації. Постійно працював над книгою свого життя – «Хімія ізотопів».

Він керував всім комплексом робіт лабораторії. Під його керівництвом постійно захищались кандидатські і докторські дисертації. Їх було більше семидесяти. Захисти дисертацій святкувались прямо в лабораторії разом з Олександром Іллічем і печеною картоплею з сушильної шафи.  Він, як альпініст і турист це сприймав із задоволенням. Ресторани тоді ще не увійшли в моду. Його часто запрошували бути опонентом дисертацій і це була запорука успіху.

О.І.Бродський  з групою співробітників (40 із 60 осіб) відділу хімічної будови і реакційної здатності (1962 рік)

О.І.Бродський постійно працював над книгою свого життя – «Хімією ізотопів». Він зібрав, систематизував, проаналізував все, що було зроблено в світі в цій галузі. Багатьом явищам дав теоретичне обґрунтування в авторських статтях, які постійно друкував, додавши величезний матеріал, який він отримав своїми руками і завдяки своєму розуму, а також його багаточисленними співробітниками, які втілювали його ідеї, що лились безкінечним потоком, в життя. Весь цей матеріал він оформив в самостійну науку, а його глибокі теоретичні авторські статті стали стрижнем цієї науки, яка зветься хімія ізотопів.

За своє життя він створив дуже багато (навіть виростив рідкісні чорні троянди в своєму саду),  осучаснив фізичну хімію, створив нову науку – хімія ізотопів, сам створив дуже добрий колектив людей, які хотіли з ним працювати.

Він любив створений ним колектив і нам здавалось і кожного з нас як своїх дітей, ніколи нікого не образив ні словом, ні ділом. І знав, що ми також любимо його як мудрого вчителя і видатну людину. Бачив, як ми з ентузіазмом працюємо, не жаліючи ні сил, ні здоров’я. І ми пишалися, що завдяки йому ми працюємо на передньому краї науки.

Вічним пам’ятником Олександру Іллічу буде створений ним Інститут – великий науковий центр, який посідає одне з провідних місць України і світу в галузі фізичної хімії і хімії ізотопів. До нас приїздило багато науковців навчатись методам роботи з ізотопами, знані професори Союзу і зарубіжжя, лауреати Нобелівських премій І.Раман, Л.Полінг, які хотіли зустрітися з академіком О.І. Бродським. Не забудуться його різнопланові статті, в наукових і популярних виданнях, його підручники, на яких виховувались і зараз виховуються тисячі студентів і науковців, а також безцінна його робота в створенні атомної енергетики.

Завдяки великому відкриттю важкої води і розроблення способів її промислового видобування в великих кількостях, необхідних для атомних реакторів, О.І. Бродський стоїть в першому ряду від самих початків атомної енергетики в наший країні.

Піонерські дослідження О.І. Бродського, щодо розділення ізотопів і отримання вперше в Союзі збагаченого урану, на якому зараз працюють багато атомних реакторів, визнані в книзі відомого американського публіциста Роберта Юнга «Ярче тысячи солнц, повествование об ученых-атомщиках».  Він випадково знайшов першу публікацію О.І. Бродського про збагачення урану, написану  в період війни в 1942 р. в англомовному варіанті «Наукових записок Інституту фізичної хімії» і відновив справедливість. Ім’я О.І. Бродського він поставив серед видатних учених-атомщиків світу. Поряд з ним імена лише чотирьох учених Радянського Союзу – І.В. Курчатова, Я.І. Френкеля, К.А. Петржака, Г.М. Фльорова. Безперечно, треба ще добавити ім’я академіка А.Сахарова, який вважався на час публікації книги «ворогом народу» і ім’я його замовчувалось.