Шапиро, Фёдор Львович

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Фёдор Львович Шапиро
Файвиш Лейбович Шапиро
Фёдор Львович Шапиро.jpg
Дата рождения:

24 марта (6 апреля) 1915(1915-04-06)

Место рождения:

Витебск, Российская империя

Дата смерти:

30 января 1973(1973-01-30) (57 лет)

Место смерти:

Москва

Страна:

Российская империя, СССР

Научная сфера:

ядерная физика

Место работы:

ФИАН, ОИЯИ, МГУ

Альма-матер:

МГУ

Учёная степень:

доктор физико-математических наук (1962)

Учёное звание:

профессор (1967), член-корреспондент АН СССР (1968)

Известен как:

соавтор открытия «Явление удержания медленных нейтронов»

Награды и премии:
Сайт:

города Дубна

Фёдор Львович Шапиро (24 марта [6 апреля1915, Витебск — 30 января 1973 года, Москва) — выдающийся советский физик, член-корреспондент АН СССР (1968), профессор. Заместитель директора лаборатории нейтронной физики Объединённого института ядерных исследований в Дубне в 1959—1973 гг. При его участии в ЛНФ была разработана поляризованная протонная мишень для исследований с пучком поляризованных нейтронов. В 1962—64 годах в ФИАНе сотрудниками лаборатории с помощью ЯМР были исследованы эффекты динамической поляризации ядер при насыщении ЭПР. Разработал метод спектрометрии нейтронов по времени замедления (СВЗ). Разработал классическую теорию эффекта Мессбауэра. Ему же принадлежит открытие ультрахолодных нейтронов (УХН).

Биография[править | править вики-текст]

Файвиш Лейбович (Фёдор Львович) Шапиро родился в семье служащего Лейба Беровича (Льва Борисовича) Шапиро и Либы—Гинды (Любови Львовны) Шапиро (супруги были однофамильцами). Лев Борисович Шапиро был старожилом местечка Баклань (тогда Черниговской губернии — ныне в составе Брянской области), смолоду поселившимся в белорусском городе Гомель. Его супруга Любовь Львовна — уроженка Витебска, из семьи потомственных раввинов[1]. В начале 1915 года Любовь Львовна приехала к своей матери в Витебск, где 6 апреля и появился на свет Файвиш. Впоследствии его имя было изменено на Фёдор.

В 1928 г. семья Шапиро переехала в Москву. И в гомельской, и в московской школах Фёдор был первым учеником, он «перешагивал» через класс (из третьего — в пятый, из восьмого — в десятый). Школу он закончил в 15 лет. По совету своего дяди Исаака Борисовича Шапиро (инженера-электрика), Фёдор поступил в энерготехникум ВЭО им. Г. М. Кржижановского. Учась в техникуме, в свои 19 лет, он предложил оригинальный способ превращения тепловой энергии в электрическую путём изменения магнитного потока, вызываемого периодически повторяемым нагревом и последующим охлаждением ферромагнитного сердечника в районе точки Кюри. За это изобретение Фёдор Львович получил своё первое авторское свидетельство (№ 48752). В 1935 г. Шапиро окончил энерготехникум по специальности «электрооборудование предприятий» и поступил на работу в проектную организацию «Центроэлектромонтаж», где работал инженером, затем — старшим инженером. Он занимался разработкой сложных электроприводов и автоматики. В этот период жизни Фёдор Львович стал интересоваться физикой, прежде всего — ядерной физикой.

В 1936 году Шапиро поступил на физический факультет Московского университета. Учась на физфаке, он все пять лет, материально поддерживая семью, продолжал работать в электротехнических организациях. Летом 1940 г. Шапиро принял участие в альпиниаде на Кавказе. Дипломная работа Фёдора Львовича состояла в проектировании рентгеновской трубки со специальными параметрами (руководителем дипломной работы был доцент Э. М. Рейхрудель). Федор Львович окончил университет с отличием. Последний государственный экзамен был сдан 21 июня 1941 года, а на следующий день началась война. Федор Львович ушёл добровольцем в Московское ополчение — однако, через несколько дней его вернули домой с мотивировкой: «Специалисты нужны в тылу!» Он продолжил работу в Электропроме и одновременно искал возможность попасть на фронт, который быстро приближался к Москве. Наконец, 16 октября Фёдор Львович добился отправки на фронт. Он поступил в Коммунистический батальон командиром отделения Отдельной мотострелковой разведывательной роты дивизии московских рабочих и сразу же принял участие в боях под Москвой. Был представлен к медали «За отвагу»; ее вручал ему М. И. Калинин. В битве под Москвой, находясь в боевой разведке, Шапиро был тяжело ранен: у него была раздроблена челюсть, осколок в груди оказался у самого сердца, а также множественные осколочные ранения обеих ног. Период с декабря 1941 г. по апрель 1942 г. Шапиро провел в эвакогоспитале № 1665, в Казани. Осколок в груди врачи так и не решились извлечь, и он остался в нем навсегда. Находясь в госпитале, Шапиро, уже владея немецким, изучил английский язык. Кроме того, желая хоть как-то помочь фронту, он решил математическую задачу об упреждении в стрельбе самолётов в воздушном бою и послал это решение в Наркомат обороны. К службе в армии Фёдор Львович был уже не годен, и в декабре 1942-го он поступил на работу в Главсевморпуть, в конструкторскую группу, а в середине 1943 г. перешёл в Особое проектно-конструкторское управление № 42 «Центроэлектромонтаж», где занимался разработкой схем электрооборудования самолётов.

Дальнейшую судьбу Фёдора Львовича решила в конце войны случайная встреча в трамвае с Э. Л. Фабелинским, который работал в ФИАНе и вёл оптический практикум на физфаке МГУ. Он вспомнил Шапиро как способного студента, расспросил его и посоветовал: «Возвращайтесь в физику!» Узнав же о пристрастии Фёдора Львовича к ядерной физике, пообещал представить его Д. В. Скобельцыну как возможного аспиранта. Фёдор Львович добился встречи с И. В. Курчатовым, который предложил ему сделать реферат на тему «Нейтрон». Подготовившись, Шапиро сделал большой доклад на семинаре и произвёл хорошее впечатление на курчатовскую «команду». Однако, в аспирантуру на предназначавшуюся для него вакансию был взят брат известного физика Г. Н. Флёрова — Николай Флёров. Через некоторое время Шапиро повторил свой доклад на семинаре в ФИАНе и был принят в аспирантуру к И. М. Франку, с которым была связана вся его дальнейшая научная жизнь. Фёдор Львович ушел из авиационного КБ и вернулся в Электропром.

« В Электропроме была параллельная работа для денег[2], а для души был ФИАН[3]. »

Первым заданием аспиранту Шапиро было поручение разобраться с кое-какими намёками на существование странных положительных частиц в ß-распаде, которые наблюдал Д. В. Скобельцын в камере Вильсона.

15 декабря 1945 г. Шапиро женился на Софье Матвеевне Дубиной, бывшей студентке МГУ, с которой он был хорошо знаком ещё до войны. 5 октября 1946 г. у них родился сын Борис.

В 1946 г. Фёдор Львович становится ассистентом кафедры ядерной физики в МГУ, которой руководил И. М. Франк. В это время на кафедре создавался практикум по ядерной физике, организовать который было поручено Шапиро. Почти всё приходилось делать своими руками, и в очень короткий срок появились работающие приборы и установки. Летом 1947 г. у Шапиро окончился аспирантский срок. Проведённые Фёдором Львовичем исследования гипотетических «частиц Скобельцына» не подтвердили их существования. Наблюдаемые в камере Вильсона треки появлялись вследствие многократного рассеяния электронов, и Шапиро четко показал, что предложенным ему способом нельзя сделать однозначную интерпретацию наблюдаемой картины в камере Вильсона. И. М. Франк, желая после аспирантуры оставить Фёдора Львовича в своей лаборатории, «одолжил» у В. И. Векслера штатную единицу младшего научного сотрудника и быстро оформил на неё Шапиро с приличной по тем временам зарплатой, что позволило ему расстаться с Электропромом. Фёдор Львович перенёс центр своих исследований в нейтронную физику. К этому времени прошло почти полгода, как на территории ЛИПАНа заработал первый советский атомный реактор уран-графитового типа. Некоторую часть исследований систем уран — графит И. В. Курчатов поручил лаборатории И. М. Франка.

Исследования на подкритических уран-графитовых системах методом призмы проходили в старом здании ФИАНа на Миусской площади. По условиям того времени, эти работы были строго секретны, так как были связаны с проблемой создания атомного оружия. Несколько раньше этими исследованиями уже занимались Е. Л. Фейнберг, Л. Е. Лазарева, Л. В. Грошев, К. Д. Толстов и И. В. Штраних. Ф. Л. Шапиро присоединился к ним. Всего за два года им были с высокой точностью измерены число нейтронов в одном акте деления, вероятность резонансного захвата и «коэффициент теплового использования нейтронов». Были также измерены температурные зависимости этих величин. Сборки уран — графит были глубоко подкритичны, допустимый коэффициент размножения очень мал, что потребовало экспериментального изящества и автоматизации измерений. По ходу дела Фёдору Львовичу пришлось ещё дальше развить теорию призмы и выявить закономерность в резонансном захвате нейтронов для разных энергетических областей. Эти исследования составили содержание кандидатской диссертации, которую он успешно защитил в 1949 году. Защита была закрытая, проходила в ЛИПАНе, оппонентом был И. И. Гуревич. Сразу же после защиты Фёдора Львовича перевели в старшие научные сотрудники.

В начале 1950-х годов группа Шапиро приступила к практической реализации метода спектрометрии нейтронов по времени замедления (СВЗ[4]). В лаборатории был собран 140-тонный куб из очень чистого свинца[5], с вертикальным каналом до центра для источника нейтронов и несколькими горизонтальными сквозными каналами для размещения образцов и детекторов. В центре куба поместили тритиевую мишень, облучаемую короткими импульсами дейтериевого пучка от ускорительной трубки. Рождённые на мишени быстрые нейтроны малыми порциями при каждом ударе о ядра свинца постепенно замедлялись, группируясь по энергии около среднего значения, которое монотонно убывало во времени. На этом спектрометре удалось измерить неизвестные ранее значения радиационного захвата более чем для десятка ядер и наблюдать ряд новых эффектов, которые стали научной сенсацией. Наибольшую известность получило наблюдение отклонения сечения захвата от закона 1/V, казавшегося в то время универсальным для всех ядер. Специалистами эти результаты были приняты «в штыки»[6]. В процессе работы на свинцовом кубе Шапиро предложил метод нестационарной диффузии нейтронов в многогрупповом приближении и развивал этот метод с теоретиком из своей группы М. В. Казарновским. Эти работы получили широкую известность, и было решено, что они будут представлены на Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии в 1955 году[7]. На конференции в Женеве Шапиро, помимо своих докладов, выступал в дискуссиях, в одной из которых он выдвинул оригинальную идею «нейтронной спектрометрии наоборот» — не направлять на мишень пучок нейтронов, контролируя их скорость, а ускорять изучаемые ядра в ускорителе и бросать их на нейтронную мишень — облако тепловых нейтронов в сквозном канапе реактора. Эта идея буквально ошеломила участников конференции. Развернулась бурная дискуссия. Все отмечали оригинальность и необычность идеи Шапиро.

Весной 1958 г. Илья Михайлович Франк предложил Шапиро по совместительству работать в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне. К этому времени Франк возглавлял Лабораторию нейтронной физики этого молодого института, где уже шло сооружение импульсного реактора на быстрых нейтронах (ИБР). Франк решил привлечь Шапиро к работам на действующем реакторе, обещая ему полную свободу в выборе научной тематики. Федор Львович быстро втянулся в работу Лаборатории нейтронной физики (которую он, по существу, формировал), и теперь в ней был центр его научных интересов. Через некоторое время основным местом работы для Шапиро стала Дубна, а в ФИАНе в Москве он был уже «совместителем» и приезжал туда довольно редко. В 1959 г. Шапиро был назначен заместителем директора лаборатории нейтронной физики. Наряду с работами по нейтронной физике, Шапиро в это время увлёкся только что открытым немецким физиком Р. Мессбауэром эффектом резонансного рассеяния гамма-квантов без отдачи ядер, которые их излучают. По сути, Шапиро стал первым в СССР проповедником этого нового метода гамма-спектроскопии. Он разработал классическую теорию эффекта Мессбауэра, впервые совместно с И. Я. Баритом и М. И. Подгорецким указал на появившуюся возможность с помощью эффекта Мессбауэра в условиях Земли поставить эксперимент по проверке следствия общей теории относительности — наблюдать смещение частоты фотона в гравитационном или инерциальном полях. В лаборатории Шапиро создал группу под руководством В. П. Алфименкова по подготовке этого эксперимента. В качестве источника фотонов для этого опыта Шапиро предложил использовать ядра цинка-67, имеющего очень узкую гамма-линию. Впервые этой группой была получена скоростная развертка этой линии с рекордным и на сей день относительным энергетическим разрешением порядка [8]. Впоследствии эта группа была переориентирована на исследования в области твёрдого тела.

В 1960 г. вступил в действие ИБР, и тут же на его пучках начались исследования полных и парциальных сечений взаимодействия нейтронов с ядрами. В 1964 г. на одном из пучков ИБРа был успешно опробован предложенный Шапиро метод поляризации пучка нейтронов посредством пропускания его через поляризованную протонную мишень. Этот метод позволил получить поляризованные нейтроны в диапазоне энергий вплоть до десятка кэВ, который был ранее недоступен для исследователей. На этой установке были измерены спины нейтронных резонансов некоторых ядер, удалось определить набор амплитуд рассеяния нейтрона на дейтроне при малых энергиях. Впоследствии установка была усовершенствована и использовалась для многих других исследований. В 1961 г. Шапиро предложил использовать медленные нейтроны от ИБРа для исследований по физике конденсированных сред. Им был предложен метод обратной геометрии, обладающий большой светосилой, позволивший исследовать тепловые колебания атомов в твердых телах. Этим же методом были выполнены измерения коэффициента самодиффузии в критической точке жидкость-пар, которые не подтвердили результаты многочисленных макроскопических опытов, указывающих на прекращение диффузии в критической точке. Шапиро, вместе с польским физиком Б. Бурасом, обосновал применение метода времени пролета для дифракционных исследований структуры вещества. В лаборатории, при непосредственном участии Шапиро, был осуществлён метод дифракции нейтронов на магнитных структурах в сильных импульсных полях.

С 1964 года Шапиро становится членом редколлегии журнала «Успехи физических наук» (УФН). В апреле 1968 г. в своей статье в журнале УФН Ф. Л. Шапиро описал способ экспериментальной проверки закона сохранения временной четности — фундаментального закона современного естествознания. Для этого он предложил поставить эксперимент по наблюдению электрического дипольного момента нейтрона. Фёдор Львович также показал, что искомый эффект должен быть вызван чрезвычайно слабым воздействием установки на нейтрон, которое можно наблюдать только для очень медленно движущихся нейтронов — так называемых ультрахолодных нейтронов (УХН). Прежде эти УХН еще никто не видел, — тем не менее, необычное поведение таких нейтронов (более похожих на разреженный газ, чем на пучок частиц) было уже предсказано в публикациях.

« Однако, все "здравомыслящие" физики только с улыбкой говорили об УХН, т. к. не верили, что когда-нибудь можно будет работать с ними, получив их из реакторного пучка методом отсева, т. к. доля их составляет менее одной стомиллиардной от общего количества нейтронов в пучке[3]. »

Обладая большой научной смелостью и оригинальностью, Шапиро со своими сотрудниками летом 1968 г. (в самый разгар летних отпусков) успешно осуществил эксперимент по первому наблюдению УХН. Эксперимент был очень прост и нагляден и чётко продемонстрировал особенности поведения УХН; они, словно атомы газа, многократно сталкиваясь со стенками, вытекали из загнутой трубы, которая шла от реактора. Через несколько лет результат этого эксперимента был зарегистрирован как открытие. На пути этого эксперимента стояло много трудностей, главная из которых была — убедить директора лаборатории И. М. Франка отодвинуть сроки начала работ по модернизации реактора, продлив тем самым его работу на время, достаточное для завершения эксперимента по поиску УХН. Это было сделать очень трудно, поскольку большая часть персонала реактора успела уйти в летние отпуска, а оставшаяся часть готовилась разбирать старый реактор. После первого эксперимента исследования с УХН были перенесены на более мощные стационарные реакторы в Курчатовском институте, Алма-Ате и Мелекессе, где достижимые потоки УХН значительно возросли. Фёдору Львовичу не раз приходилось ездить по этим местам и убеждать тамошних учёных в актуальности и целесообразности исследований с УХН. Работы по УХН вызвали широкий резонанс в научном сообществе.

В 1967 г. стал профессором, а 28 ноября 1968 г. — избран членом-корреспондентом Академии наук СССР.

30 января 1973 г. скончался от злокачественной опухоли головного мозга.

Награды и премии[править | править вики-текст]

Научные труды[править | править вики-текст]

Прижизненные издания[править | править вики-текст]

  • Kazarnovsky M. V., Stepanov A. V., Shapiro F. L. Neutron thermalization and diffusion in heavy media. — Vienna, 1958.
  • Бергман А. А., Шапиро Ф. Л. Отклонения от закона 1/V в сечениях реакций медленных нейтронов на лёгких ядрах. — М., 1960.
  • Попов Ю. П., Шапиро Ф. Л. Реакция Cl-35 (n, p) и параметры нейтронных резонансов хлора. - ЖЭТФ, 1961, вып. 6.
  • Алфименков В. П., Останевич Ю. М., Русков Т., Стрелков А. В., Шапиро Ф. Л., Янь У-гуан Энергетический спектр резонансного поглощения γ-излучения 92 Кэв Zn-67 в окиси цинка. — Дубна, 1961.
  • Попов Ю. П., Шапиро Ф. Л. Энергетическая зависимость сечений реакции (n, γ) ряда ядер с нечётным Z. - ЖЭТФ, 1962, вып. 4.
  • Конкс В. А., Попов Ю. П., Шапиро Ф. Л. Сечения радиационного захвата нейтронов с энергией до 50 кЭВ лантаном, празеодимом, танталом и золотом. — М., 1963.
  • Таран Ю. В., Шапиро Ф. Л. О некоторых методах поляризации и анализа поляризации нейтронов промежуточной энергии. — Дубна, 1963.
  • Фенин Ю. И., Шапиро Ф. Л. О связи между длиной рассеяния и сечением радиационного захвата нейтронов. — Дубна, 1964.
  • Бергман А. А., Исаков А. И., Казарновский М. В., Попов Ю. П., Шапиро Ф. Л. Замедление нейтронов, испускаемых импульсным источником и спектрометрия нейтронов по времени замедления. — М., 1965.
  • Бергман А. А., Исаков А. И., Казарновский М. В., Попов Ю. П., Шапиро Ф. Л. Замедление нейтронов, испускаемых импульсным источником и спектрометрия нейтронов по времени замедления. — Вена, 1965.

Посмертные издания[править | править вики-текст]

  • Шапиро Ф. Л. Ультрахолодные нейтроны[9]. — Дубна, 1973.
  • Шапиро Ф. Л. Нейтронные исследования: Собрание трудов. — М., 1976
  • Шапиро Ф. Л. Физика нейтронов: Собрание трудов. — М., 1976.

Литература о нём[править | править вики-текст]

  • Храмов Ю. А. Шапиро Федор Львович // Физики: Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера. — Изд. 2-е, испр. и дополн. — М.: Наука, 1983. — С. 297. — 400 с. — 200 000 экз. (в пер.)
  • Шапиро С. М., Стрелков А. В. Воспоминания о Федоре Львовиче Шапиро. — Альманах "Еврейская Старина", № 9 (33) / сентябрь 2005.
  • Попов Ю. П. Спектрометрия нейтронов по времени замедления в свинце. От "спектрометра для бедных" (Е. Вигнер) до рекордных потоков[10]. — ЭЧАЯ, 1995, вып. 6.
  • Ф. Л. Шапиро: Человек и учёный[11] — Дубна, 1998.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. До революции Черниговская, Могилёвская и Витебская губернии входили в Черту еврейской оседлости; Брянский уезд Орловской губернии — не входил.
  2. Для поддержания достатка в семье.
  3. 1 2 Шапиро С. М., Стрелков А. В. Воспоминания о Федоре Львовиче Шапиро. — Альманах "Еврейская Старина", № 9 (33) / сентябрь 2005.
  4. Идея этого метода была выдвинута Е. Л. Фейнбергом в 1944 г.
  5. Специально очищенного от примесей.
  6. Бурно возражал против них и Л. Д. Ландау на Московской Конференции по ядерным реакциям в 1958 г., и только впоследствии эти результаты стали общепризнанными и вошли в учебники.
  7. «Компетентным органам» нужно было выбрать людей, которых можно было «выпустить» в Женеву, и, конечно, люди с пятым пунктом были нежелательны. Первое исключение пришлось сделать для В. И. Векслера: его имя слишком хорошо было известно за рубежом и он был членом партии. «Органы» решили, что работы Ф. Л. Шапиро в Женеве доложит Векслер — однако, сам Владимир Иосифович был категорически против, так как это не его тематика. «Пусть Шапиро едет и сам докладывает свои работы», — сказал он Скобельцыну, директору ФИАНа. И Д. В. Скобельцыну удалось добиться невозможного!
  8. Однако, наблюдаемый эффект по величине оказался слишком мал и недостаточен для использования в гравитационном эксперименте; поэтому Шапиро предложил попробовать ряд методов для увеличения этого эффекта. Американские физики Р. Паунд и Г. Ребка первыми выполнили аналогичный эксперимент. Узнав об этом, Фёдор Львович признал преимущества постановки этого опыта у своих конкурентов и призвал сотрудников «поучиться у них и на своих ошибках тоже».
  9. Имя автора дано в траурной рамке.
  10. Данную статью автор посвятил "Памяти Учителя" - т. е. Ф. Л. Шапиро.
  11. Надпись на титульном листе: «Ф. Л. Шапиро: Человек и учёный». Надпись на обложке: «Ф. Л. Шапиро: учёный и человек».

Ссылки[править | править вики-текст]