ВЛАДИМИР ДМИТРИЕВИЧ КУЗНЕЦОВ

(К 25-летию научной деятельности)

В сентябре 1911 года в Томск приехал молодой научный работник Владимир Дмитриевич Кузнецов. Окончив недавно Петербургский (теперь Ленинградский) университет, он горел жаждой деятельности и желанием передать свои знания молодым девушкам студенткам Высших Женских Курсов, где началась его работа. С большим рвением начинающий ученый принимается за организацию физической лаборатории Женских Курсов, сам проектирует приборы, следит за выполнением, с любовью устанавливает и настраивает их для работы. Здесь впервые проявляются те организаторские таланты Владимира Дмитриевича, которые впоследствии дали ему возможность сыграть крупную роль как в организации кафедры физики и разных специальностей на физмате, так и в организации Сибирского Физико-Технического Института. Но увлечение организационной и педагогической работой не мешает молодому физику заниматься в большой мере и научной работой. Под руководством профессора Вейнберга проходят первые научные шаги Кузнецова в области физики твердого тела, в то время эта область мало привлекала внимание физиков и находилась в самом зачаточном состоянии. Практики металловеды были весьма далеки от физики и занимались, главным образом, феноменологической стороной вопроса. Профессор Вейнберг, изучая поведение твердого тела, пытался перенести на него закономерности, наблюдаемые у жидкости. Чисто эмпирический характер исследования в этой области не мог удовлетворить молодого физика Кузнецова и скоро эти работы были им оставлены.

В то же время В. Д. Кузнецов переходит к подготовке к магистерским экзаменам, которые он и сдает в 1916 г., получая при этом степень магистранта физики. После сдачи экзаменов начинается работа в области проводимости жидких и твердых диэлектриков.

В 1917 г. открывается физико-математический факультет в Томском университете с двумя отделениями: естественным и математическим. Вполне естественно желание В. Д. Кузнецова включиться в работу нового факультета, сулившего, как-будто, широкое поле деятельности. Однако ему ставятся всякие рогатки, поручаются только факультативные курсы и т. п. В частности, когда Владимир Дмитриевич захотел привлечь к научной работе нескольких студентов физико-математического отделения, это вызвало бурю негодования и протестов со стороны руководства отделения, хотя на факультете до тех пор со студентами не велось никакой научной работы.

С установлением в Сибири Советской власти существенно меняется роль и значение В. Д. Кузнецова в жизни физмата университета. Сейчас же происходит диференциация профессуры: за власть Советов и против нее. Противники Советской власти начинают активную борьбу, все мероприятия Советской власти и общественности встречаются ими в штыки, каждое начинание проводится с боем. Руководство университета и общественных организаций в борьбе с реакционной частью профессуры, естественно, опираются на молодых, преданных Советской власти специалистов, среди которых был и В. Д. Кузнецов, получивший в это время звание профессора.

Профессор В. Д. Кузнецов в этот период занимает одну за другой ряд ответственных должностей, как члена президиума физмата, и. о. ректора, зам. ректора, члена правления ТГУ по хозчасти, декана и т. п.

По инициативе профессора Кузнецова и при его непосредственном участии была организована в составе физмата специальность "Испытание материалов", впоследствии переименованная в специальность "Металлофизика". Эта специальность до сего времени успешно готовит специалистов-металловедов для заводских лабораторий и научно-исследовательских институтов. Специалистов такого профиля готовят очень немногие вузы страны, хотя потребность в них весьма велика; в частности, физмат Томского государственного университета продолжает все время получать требования с заводов на подобных специалистов. Профессором Кузнецовым было положено много труда и энергии для организации этой специальности. Им были выработаны профиль, список специальных предметов и программы большинства из них. Им же было собрано ядро молодых научных работников, ведущих исследовательскую работу в этой области.

Вообще, организаторская деятельность профессора Кузнецова была весьма разносторонней. Например, им был организован геофизический кабинет ТГУ (в 1921 г.), заведующим которого он и состоял в 1921-1929 гг. Затем, при его непосредственном участии организовалась радиолаборатория и радиостанция ТГУ, которыми он также заведывал в 1925-1930 гг.

Учебные планы специальностей физмата ТГУ в области специальных предметов вырабатывались на месте, а не присылались Наркомпросом. И здесь Владимир Дмитриевич сыграл не малую роль.

В 1917 г. В. Д. Кузнецов организовал мастерские учебных пособий и руководил этими мастерскими до 1922 г.

Организаторские таланты и неукротимая жажда деятельности позволили В. Д. Кузнецову организовать вокруг себя школу физиков, работающих в области физики твердого тела. Эта научно-исследовательская ячейка зародилась еще в 1922 г. с приходом В. Д. Кузнецова на кафедру в университет. Это была одна из очень немногих в то время научно-работавших групп. Несмотря на недостаточное оборудование, невозможность сделать нужные для работы приборы, отсутствие материалов, эта ячейка во главе с проф. Кузнецовым мужественно преодолевала все препятствия и давала печатные работы. Благодаря улучшающемуся ежегодно снабжению научной аппаратурой, работа смогла принять все более крупный масштаб. Достаточно сказать, что за 1923 г. и 1924 г. было выпущено 19 научных работ, а за один 1925 г.-12 работ.

Профессор В. Д. Кузнецов никогда не работал в одиночестве. Он умел и любил привлекать молодежь к научной работе. В этом нетрудно убедиться, просматривая список его научных работ, где имеется 54 работы под его именем и 61 работа совместно с его учениками, причем здесь помещены 34 фамилии. Это-фамилии лиц, так или иначе привлеченных проф. Кузнецовым к научной работе. Организованная им научная ячейка впоследствии стала ядром большого научного учреждения: Сибирского Физико-Технического Института, инициатором организации которого явился также Владимир Дмитриевич. Институт Прикладной физики, организованный в 1925 г., не имевший ни помещения, ни оборудования, и вообще какой либо материальной базы, но объединявший всех работавших в Томске физиков (а таких было немного), в 1923 г., по инициативе профессора Кузнецова был преобразован в Сибирский Физико-Технический Институт. Городские и краевые организации горячо поддержали инициативу В. Д. Кузнецова, дали помещение, материальную базу, центральные организации послали в Томск сильных работников и институт начал свою работу.

Проф. В. Д. Кузнецов был его первым директором в 1929-1933 гг. В. Д. Кузнецов при поддержке и помощи краевых и городских организаций сумел поставить институт в число первоклассных советских институтов. С 1936 г. он вновь состоит его директором. За свою плодотворную деятельность на научном фронте проф. Кузнецов получил звание заслуженного деятеля науки. В 1934 году высшая аттестационная комиссия Комитета по высшему техническому образованию присудила ему ученую степень доктора физико-математических наук без защиты диссертации.

Проф. В. Д. Кузнецов никогда не был кабинетным ученым, замкнувшимся только в узкие рамки своей непосредственной научной работы. Наоборот, он, несмотря на большую научную и организационную работу, всегда принимал горячее участие в общественной жизни и вел большую общественную работу. Он состоял членом окрбюро СНР, неоднократно-членом правления клуба научных работников, председателем научно-технической секции Осоавиахима, членом бюро по электроизолирующим материалам при Госплане СССР, членом президиума энергетического комитета, членом Томского отделения ученого комитета Зап. Сиб. Крайисполкома, председателем местной ячейки ВАРНИТСО, и с 1934 г. по настоящее время-членом Горсовета.

В 1935 г. профессор Кузнецов вступил в группу сочувствующих ВКП(б).

Перейдем к обзору научных работ В. Д. Кузнецова. Главнейшие исследования В. Д. Кузнецова относятся к вопросу о поверхностной энергии и твердости кристаллов.

Всякая частица поверхности кристалла, вполне аналогично тому, как это имеет место для жидкости, обладает избыточной энергией, по сравнению с частицами, находящимися внутри кристалла. Этот избыток энергии, отнесенной к единице поверхности кристалла, и называется поверхностной энергией.

Поверхностная энергия кристалла является свободной энергией и поэтому при равновесии стремится принять наименьшее возможное значение. Согласно принципу Кюри, огранка кристалла и соответствует условию этого минимума. Отсюда следует, что поверхностная энергия различных граней кристалла должна быть различной. Г. В. Вульф (1895) доказал, исходя из принципа Кюри, что минимум поверхностной энергии при данном объеме достигается многогранником при том взаимном расположении его граней, когда они удалены от одной и той же точки на расстояния, пропорциональные их поверхностным энергиям. Таким образом, зная огранку кристалла, можно определить относительные значения поверхностной энергии для различных его граней.

Каким же образом могут быть найдены абсолютные значения? Здесь можно итти следующим путем. Если кристалл является достаточно хрупким и обладающим совершенной спайностью, так что скол по плоскости спайности не вызывает заметного искажения решетки кристалла, то работа разделения кристалла по данной грани, отнесенная к единице вновь образующейся поверхности, будет как раз равна половине поверхностной энергии. Мы принимаем, таким образом, что работа разделения кристалла расходуется в этом случае исключительно на увеличение его поверхностной энергии. Примером кристаллов, обладающих весьма совершенной спайностью, для которых описанный метод измерения поверхностной энергии может оказаться приемлемым, являются каменная соль и другие соединения К и Na. Эти объекты являются тем более важными для исследования, что для них поверхностные энергии плоскости спайности теоретически вычислены, исходя из теории кристаллической решетки гетерополярных кристаллов, а всякое экспериментальное определение поверхностной энергии служит проверкой правильности теории.

Бесспорной научной заслугой В. Д. Кузнецова являются работы по экспериментальной проверке отношения поверхностных энергий различных граней указанных кристаллов и по измерению абсолютных значений поверхностной энергии методом скола.

Остановимся сначала на последнем вопросе. Совместно с К. И. Амброз и В. М. Кудрявцевой В. Д. Кузнецов произвел эксперименты целым рядом способов. Наиболее совершенной была установка маятникового типа. Маятник, снабженный острым ножом, поднятый на некоторую высоту, раскалывал при спуске кристалл каменной соли и отскакивал после удара на некоторую меньшую высоту.

Если раскалывания каменной соли не происходило, то маятник отскакивал на большую высоту. Измерив высоту обратного отскока, в том и другом случае можно было вычислить работу скола, а зная площадь скола возможно определить поверхностную энергию. Найденное таким образом значение поверхностной энергии для каменной соли оказалось того же порядка, как теоретически вычисленное Борном и Штерном. Для измерения отношения поверхностных энергий различных граней кристалла В. Д. Кузнецов применил метод шлифования. Если, по прежнему, шлифованию подвергается идеально хрупкое тело, то можно полагать, что работа шлифования, т. е. работа диспергирования, затрачивается в основном на увеличение поверхностной энергии. Если положить далее, что при шлифовании различных граней получается приблизительно одинаковый размер кристалликов, то в таком случае из отношения работ шлифования различных граней можно определить отношение поверхностных энергий. Эксперименты, проведенные В. Д. Кузнецовым совместно с Н.А. Бессоновым, дали отношение поверхностных энергий различных граней каменной соли такое же, как и вычисленное теоретически.

Точно таким же методом было найдено отношение поверхностных энергий NaCl, KC1 и KJ. Опыты были проведены совместно с Н. А. Бессоновым и Н. Ф. Пичениным. Результаты опытов подтвердили теоретические данные.

Перейдем к вопросу о твердости кристаллов, Анализируя существующие методы определения твердости, В. Д. Кузнецов нашел, что большинство из них связано с диспергирование поверхности кристалла. "В таком случае для этой группы методов самое понятие твердости становится излишним и может быть заменено прочностью или связанной с ней поверхностной энергией"1). Группа методов, в которых определение твердости связано с пластическим течением вещества, например, определение твердости металлов методом Бринеля, не подходит под это определение и должна рассматриваться, исходя из других соображений.

Дальнейшее развитие мысли о том, что твердость связана с поверхностной энергией кристаллов, привело В. Д. Кузнецова к открытию нового способа измерения твердости хрупких тел методом затухающих колебаний маятника. Если маятник, опирающийся на острие, поставить острием на грань кристалла и привести в колебание, то... "чем меньше поверхностная энергия кристалла, тем легче острие проникает внутрь, тем больше разрушающее действие острия при колебании и тем скорее происходит затухание колебаний." 2)

Маятник Кузнецова оказался весьма удобным прибором для измерения твердости и получил широкое распространение, как в научных исследованиях (Ребиндер и др.), так и в минералогической практике.

Значительное количество работ В. Д. Кузнецов посвятил выяснению механизма различных видов измерения твердости, например, механизму царапания, методу Шора и т. п. В последнее время им разработан, в качестве способа измерения твердости, метод сверления. Вторая группа вопросов, разрабатываемых В. Д. Кузнецовым и его сотрудниками, относится к вопросам пластичности и прочности твердых тел, главным образом металлов, и непосредственно примыкает к вопросам практического металловедения.

Из работ этого цикла укажем в первую очередь на работу, посвященную хладноломкости рельсовой стали, проведенную совместно с А. Н. Добровидовым. Постановка исследований вытекла целиком из практических потребностей. В 1929-30 г. морозы в Западно-Сибирском Крае доходили до-50° С. В течение этой зимы наблюдалась массовая поломка рельсов, декапод ных рам, бандажей колес, вагонных осей. Испытания на ударную вязкость с помощью копра Шарпи, проведенные при низких температурах, показали, что рельсовая сталь обладает хладно-ломкостью. Критический интервал температуры хрупкости, начиная с которого наблюдалось внезапное резкое падение ударной вязкости, оказался лежащим в области - 20°, - 40° С. Для увеличения хладностойкости стали авторами была предложена термическая обработка стали на сорбит, значительно смещающая критическую область в сторону низких температур. На основе этой работе В. Д. Кузнецова и А. Н. Добровидова был поставлен целый ряд дальнейших исследований, посвященных хладноломкости рельсовой стали, которые велись, главным образом, в Сибирском Институте Металлов. Из других исследований цикла, посвященного пластичности и прочности твердых тел, укажем на исследования механических свойств каменной соли, целый ряд исследований, посвященных внутреннему трению твердых тел и на разработку ряда методов контроля качества металла. Из последних упомянем здесь, например, метод катания шариков для изучения явления смятия и электролитический метод обнаружения неоднородностей и трещин в железе и стали. Ряд исследований был посвящен вопросу влияния скорости деформирования на механические свойства металлов.

Третья область, изучением которой занимался В. Д. Кузнецов, относится к явлениям кристаллизации и рекристаллизации. Эти вопросы до настоящего времени еще мало разработаны. Теория кристаллизации, построенная Тамманом, в основе которой лежит введение понятий о скорости кристаллизации и способности кристаллизации, является чисто формальной, хотя и объясняет удачно ряд фактов. В таком же, если не в худшем, положении находится вопрос с явлением рекристализации.

Вопросы кристаллизации и рекристаллизации металлов практически очень важны. Служебные качества металлического изделия в очень сильной степени зависят от характера его кристаллической структуры. Как правило, во всех случаях желательна возможно более однородная и мелкозернистая, структура.

Очень часто при литье металлов наблюдается, так называемая, столбчатая кристаллизация. Перпендикулярно стенкам изложницы вырастают длинные кристаллы, имеющие вид столбиков, что и дало повод к обозначению этого вида кристаллической структуры. Столбчатая кристаллизация резко ухудшает качество слитка.

В. Д. Кузнецовым и Д. Д. Саратовкиным было получено дифференциальное уравнение, связывающее скорость роста грани кристалла с градиентом температуры, скрытой теплотой плавления и коэффициентом теплопроводности. Пользуясь этим Уравнением и учитывая то обстоятельство, что теплопроводность кристалла по различным направлениям различна, В. Д. Кузнецову удалось найти удачную схему образования столбчатой кристаллизации, подтверждающуюся целым рядом примеров. Изменяя условия охлаждения, удалось, на основе развитых представлений или вызывать резко выраженную столбчатость при кристаллики или совершенно устранять ее.

Здесь мы имеем первый путь "управления" структурой. Второй путь намечается во введении примесей. Известно, например, что ванадий, введенный в количестве 0,1°/0, придает литой стали очень тонкое строение. Измельчение алюминия получается при присадке титана и т.д. Такое влияние примесей объясняется некоторыми авторами образованием мелкодисперсной "мути* из примесей в металле и увеличения, вследствие этого, числа цент ров кристаллизации. Другая точка зрения объясняет влияние при месей адсорбционными явлениями. В. Д. Кузнецов, совместно с В. И. Карповым и М. П. Карповой, придерживаясь бли же последней точки зрения, исследует в настоящее время кри сталлизацию олова и рекристаллизацию цинка.

В области рекристаллизации было обращено внимание на рекристаллизацию при наличии двойников. Здесь было обнаружено, что двойникование влечет за собой сильное искажение решетки, особенно на границе между нормальным и двойникованным кристаллом, вследствие чего двойникованный кристалл обладает избыточным запасом потенциальной энергии по сравнению с нормальным кристаллом в недеформированном состоянии. При от жиге, при температуре выше температуры рекристаллизации новые зерна возникают в наиболее искаженных областях, т. е. на границе двойников. При дальнейшем отжиге двойникованная фаза постепенно исчезает, заменяясь нормальной решеткой. Неустойчивость двойникованной фазы оказалось возможным подтвердить, как это сделали М. А. Большанина и Павлов, изучая диффузию ртути в цинк и испарение цинка в вакууме.

Из других работ в области кристаллизации, проведенных В. Д. Кузнецовым и его учениками, отметим исследования влияния лучей радия на образование центров кристаллизации исследование влияния примесей на образование кристаллов при их росте из расплава, изучение причин возникновения той или.. иной ориентации монокристаллов при их росте, изучение явлений кристалло-люминисценции, изучение явления относительно pacтворимости различных кристаллических граней и др. Результат этих работ, безусловно, будут использованы при построении будущей теории кристаллизации.

Сводку основных своих работ В. Д. Кузнецов дал в монографии "Физика твердого тела", вышедшей в свет в 1933 году. Недавно вышел в свет первый том второго издания этой книги, пополненного новыми данными. Интересующиеся смогут найти в этой книге более подробные сведения по вопросам, которые мы здесь только кратко затронули. Мы видим, как плодотворны были исследования В. Д. Кузнецова в области физики твердого тела. Пожелаем ему в дальнейшем не менее успешной работы.

1) Физика твердого тела. Томск 1932, стр. 187.
2) Физика твердого тела. Томск 1932, стр. 187.

П.А.Кондратьевым и Т.Л.Левдиковой.
Музей истории физики Томского Государственного Университета