Светлана Широкова. Синтетический свет

Наука

СИНТЕТИЧЕСКИЙ СВЕТ

Все рано или поздно обесценивается: рубли, доллары, фунты стерлингов. Только алмазы являются самой «непотопляемой» валютой. С их помощью ученые раздвигают горизонты познания.

Шедевры природы

Однажды - это было в замшелые застойные времена - мне крупно повезло. Стояла у театра на Таганке в толпе клянчущих "лишний билетик", а достался мне неожиданно билет на... выставку алмазного фонда, устроенную по случаю шестидесятилетия со дня образования СССР. О таком счастье простой смертный, да к тому же еще из провинции, тогда и мечтать не мог. Вояжи в столицу совершались главным образом за вожделенной колбасой, до культурной программы, как правило, дело не доходило.

И вот я в Кремле. С потолка льется чуть приглушенный, матовый свет, оттеняющий сверкающие и переливающиеся творения древних и современных ювелиров. Какое изящество рисунка, какая неповторимость цветовых сочетаний! Вот знаменитый алмаз "Орлов", оправленный в темное самородное золото. На зеленом фоне он отливает изумрудным цветом - цветом только что распустившейся листвы. Он, кстати, по величине вместе с "Кохинором" делит пятое-шестое место в мире. Масса его - 190 карат, а один карат равен 0,2 грамма. Стоимость же его просто баснословная. Грушевидный камень "Ди" величиной чуть более ста карат был недавно продан на аукционе "Сотби" более чем за 16 миллионов долларов. Такую покупку позволил себе один из шейхов Объединенных Арабских Эмиратов. "Орлов" же раз в десять или в двадцать дороже, впрочем, никто даже не представляет себе точную его стоимость - такие шедевры природы и ювелиров попросту бесценны. Самый большой алмаз - "Куллинан", добытый в 1905 году в Южной Африке (весил он три тысячи с лишним карат), - распилили на девять крупных и почти на сто мелких частей. По мнению некоторых экспертов, стоимость такого гиганта была бы эквивалентна 188 тоннам золота! Многие страны, за исключением самых богатых, такого золотого запаса не имеют.

Алмаз "Шах" поменьше - масса его "всего" 89 карат. Но он тоже имеет давнюю историю, из-за него не раз проливалась кровь, он стал российской национальной реликвией после того, как в 1829 году был подарен Николаю I персидским шахом как бы "во искупление вины" (незадолго до этого религиозные фанатики зверски убили в Тегеране русского посла Александра Сергеевича Грибоедова, автора бессмертного "Горя от ума").

В графе "место рождения" у этих камней значится Индия. В древности алмазы находили лишь там. Но их месторождения - так называемые кимберлитовые трубки - в этой стране полностью выработаны, их добывают теперь в Африке, Австралии, России и Канаде, причем в России ежегодно извлекают на свет Божий свыше тонны сверкающих камешков - примерно одну шестую всей их добычи.

Загадочный блеск

В чем же заключается тайна, казалось бы, необъяснимой игры цвета в алмазе?

- Загадочный блеск самоцветов был тайной до позапрошлого века, - говорит заведующий отделом релятивистской высокочастотной электроники Института прикладной физики Российской Академии наук, профессор, лауреат Государственной премии СССР Михаил Петелин. - Но она раскрыта. Вследствие большой прозрачности алмазов свет внутри них почти не теряет своей энергии, а только разлагается на простые цвета, лучи которых затем вырываются наружу в различных, порой самых неожиданных направлениях. При повороте камня кажется, что сам он является источником многих ярких разноцветных лучей.

По словам Михаила Ивановича, встречаются красный, голубые и  сиреневые алмазы. Но сияние их во многом зависит от огранки. Если смотреть на солнце сквозь хорошо ограненный алмаз (его называют бриллиантом), то камень кажется совершенно непрозрачным, а некоторые его грани выглядят просто черными. Это происходит потому, что свет, отражаясь, выходит в обратном направлении или в разные стороны.

Алмазная бухгалтерия

Драгоценные камни потому и называют драгоценными, что они дорого стоят.  До последней четверти ХХ века вложение денег в самоцветы означало сохранить богатство от экономических и финансовых кризисов.

Но настали другие времена.

- Химики наладили массовый синтез рубинов, изумрудов и сапфиров, - говорит  Михаил Петелин. - Эти камни состоят из оксида алюминия с примесью окислов окрашивающих элементов. И их стали буквальным образом "выпекать" в печах. Добавил к оксиду алюминия немного хрома - готов искусственный рубин, чуть-чуть меди - изумруд, самую капельку марганца - вот тебе и аметист. И их не отличишь от естественных: они и "голубиной крови", и васильковых оттенков, и игрой света завораживают, и такой же твердостью обладают, как и природные. И поэтому стоимость натуральных самоцветов (кроме алмазов) сразу же упала.

Сейчас, по словам, Михаила Ивановича, рынок ювелирных изделий пополнился огромным количеством других драгоценных камней, полученных искусственным путем: цитрином, горным хрусталем, красной и синей шпинелью, фианитом, иттриевым гранитом... Выращиваются, также искусственно, в природных раковинах, жемчужины. И теперь дело дошло до алмазов.

- Пионерами в этих разработках стали наши ученые, - говорит Михаил Петелин. - Еще в семидесятых годах прошлого века графит поместили в контейнер с пирофилитом - веществом, напоминающим глину, а сам контейнер - между шестью пуансонами. При помощи гидравлических прессов они сдвигались и сжимали контейнер до давления шестьдесят тысяч атмосфер, а затем через два противоположных пуансона пропускали электрический ток, содержимое контейнера разогревалось до двух с половиной тысяч градусов. Графит плавился, после этого ток выключался, и углерод охлаждался при высоком давлении. Таким образом получали алмазы, достигавшие размера два-три миллиметра, по твердости превосходившие натуральные. Они использовались в качестве режущего или шлифующего инструмента в металлообрабатывающих станках, для проходки скважин в твердых породах.

Но тогда же академик Борис Дерягин сумел синтезировать алмазы из газово-метановой смеси. Эти алмазы в отличие от тех, что шли на промышленные нужды, отличались высокой чистотой и прозрачностью. Спутать их с природными можно было в два счета.

Увы, тогда власть предержащие сочли, что производство искусственных драгоценных камней в СССР не сулит внушительной прибыли. Эксперимент был прекращен. Более выгодной представлялась другая перспектива: заключить договор с компанией "Де Бирс" - главным владельцем практически всех алмазных месторождений - и получить деньги сразу, "за всю кучку" извлеченных из земли алмазов.

Мировой монополист, преследуя далеко идущие цели, действительно не скупился. Он начал закупать якутские камни в больших количествах. И добился своего: в то время мировая цена на бриллианты резко повысилась. Все же попытки подвергнуть огранке синтетические камни заканчивались провалом. Никакой конкуренции для природных они не составляли.

И тем не менее компания "Де Бирс" продолжала финансировать исследования искусственных самоцветов. И вот итог.

- Несколько лет назад из карбида кремния получен бесцветный муассанит, который не отличается от природного алмаза по твердости, игре света и теплопроводности, - говорит Михаил Иванович. – Но  разработки до конца не доведены. Компания "Де Бирс" не желает смириться с тем, чтобы добыча алмазов из кимберлитовых трубок и россыпей потеряла всякий смысл. Производство качественных синтетических камней заморожено. Таким образом, у российских ученых есть хорошая возможность первыми освоить серийную "выпечку" ювелирных алмазов из метана.

- Такие разработки у нас в Институте прикладной физики ведутся под руководством Анатолия Леонтьевича Вихарева, - говорит Михаил Петелин. - Начали мы их, что называется, не от хорошей жизни. Чтобы пропустить мощное когерентное излучение для получения нанокерамики, иными словами, для спекания обычной керамики (это на порядок повышает сроки эксплуатации тех или иных быстро изнашивающихся деталей), нужны особые "окна" из алмазов. Никакой другой природный материал не может выдержать такого излучения. Но "Де Бирс" за одно "окно" требует семьдесят тысяч евро. Очень дорого, поэтому мы решили выращивать алмазы сами. И во многом уже преуспели. Правда, диаметр и толщина наших доморощенных алмазных дисков пока еще далеки от оптимальной величины, но результаты обнадеживают. Полученные экспериментальным путем алмазы можно применять в компьютерах, чипах, радиоэлектонике. Кстати, наши разработки успешно используют и саровские физики из ядерного центра, где изготавливают искусственные хрусталики для глаз. Думаем, что нижегородские алмазные "окна" пригодятся и в реализации международного проекта ХХI века, цель которого – обеспечить стабильную работу электронно-позитронного суперколлайдера длиной около 30 километров. Стоимость этого проекта (с помощью суперколлайдера ученые намерены смоделировать процессы, происходившие в первую секунду возникновения Вселенной из сжатого до бесконечной плотности сгустка плазмы) оценивается в 15 миллиардов долларов.

Некоторые итоги

По мнению Михаила Петелина, проблема получения искусственных ювелирных алмазов будет успешно решена в ближайшие несколько лет. Означает ли это, что бабушкины бриллианты, передаваемые из поколения в поколение, обесценятся, как некогда вклады в Сбербанке, внесенные в застойные годы? Станут ли безработными алмазодобытчики?

Вопросы непростые. Но человечество не раз уже за свою давнюю историю пересматривало многие, казалось бы, непреходящие ценности. Речь идет как о духовных, так и сугубо материальных.