для поиска нефти. Щербацкий с Нейфельдом использовали метод гамма-каротажа: в скважину опускался детектор, который измерял гамма-излучение от естественной радиоактивности породы. Естественная радиоактивность больше у гранитных пород и глины. У песчаника – меньше. Гамма-каротаж позволял измерять степень глинистости породы.
Бруно предложил опускать в скважину источник нейтронов. Тогда можно будет измерять активность, наведенную нейтронами в породе, окружающей скважину. Поскольку нейтроны хорошо замедляются водородосодержащими веществами, метод эффективен как к наличию нефти, так и воды.
Рис. 11-1. Схема каротажного прибора, предложенная Б. Понтекорво.
Технически в скважину опускался тонкий цилиндр, в котором находился мощный источник нейтронов, защита и детектор гамма-квантов (Рис. 11-1).
Источник облучал породу, окружающую скважину. Под действием нейтронов ядра вещества возбуждались и начинали «светиться» – только в отличие от обычных фотонов ядра испускали гамма-кванты с большой энергией порядка нескольких МэВ. Каждый химический элемент имеет характерный спектр гамма-квантов со своими типичными линиями. Они служат своеобразными «отпечатками пальцев», по которым можно обнаружить, какие элементы находятся в среде, окружающей скважину.
Для регистрации гамма-квантов использовалась ионизационная камера. Это газонаполненный детектор, подобный счетчику Гейгера – Мюллера, но работающий при меньших напряжениях электрического поля.
Нейтронный источник экранировался от ионизационной камеры так, чтобы камера меньше регистрировала прямые нейтроны и работала в основном от гамма-квантов окружающей среды. Статья, в которой описывался принцип действия нейтронного каротажа и приводились первые результаты обследования скважин, называлась просто и гордо: «Нейтронный каротаж. Новый геологический метод на основе ядерной физики» [40].
Для того чтобы откалибровать аппаратуру, Бруно построил искусственную скважину, то есть сделал «колодец», заполненный образцами типичных пород. В колодец опускали каротажный прибор и смотрели его отклик при прохождении различных сред.
За время работы в WSI Бруно написал 40 отчетов, две статьи и стал автором четырех патентов на изобретения. Интересно, что тексты патентов Бруно написаны в лучших традициях патентного дела: максимально широко [41]. То есть, хотя конкретное решение состояло в том, что использовался нейтронный источник и регистрировались гамма-кванты, патент был написан настолько общими словами, насколько возможно.
Например, формула изобретения звучала так:
«Метод геофизической разведки, включающий в себя облучение среды, окружающей скважину, радиоактивным излучением, измерения радиации от окружающей среды в разных точках от источника радиации и построения графической кривой, отражающей величину интенсивности излучения».
А в тексте указывалось, что под «радиоактивным излучением» понимается не только нейтроны, но и гамма-кванты, позитроны, электроны – в общем, все возможные виды радиации. Такое же широкое толкование придавалось термину «измерения радиации от окружающей среды» – под этим подразумевались не только гамма-кванты, но и нейтроны. Выражаясь современным языком, Бруно патентовал не только (n-γ) – каротаж, но и (n-n) – и (γ-γ) – каротаж.
Более того, первоначальная схема «нейтронный источник + ионизационная камера», которую иллюстрирует Рис. 11-1, была доработана для случая использования двух и более ионизационных камер, подвешенных на одном кабеле. Такой вариант тоже активно используется в современном нейтронном каротаже, поскольку дает возможность учесть изменение интенсивности нейтронного источника, зная отношение счетов в каждой камере.
Наконец, в патенте [41] есть упоминание о том, что этот метод можно использовать не только для поисков нефти, но и для обычного геофизического обследования. Сейчас из этой фразы выросла целая вселенная различных нейтронных анализаторов для нужд горно-обогатительного производства, металлургической и цементной промышленности.
Метод нейтронного каротажа, который придумал Понтекорво, активно используется и для поисков нефти. По сути, это важнейшее технологическое открытие, и его роль аналогична прорывам в фундаментальных науках, которые оцениваются Нобелевской премией. Если работы Бруно по физике нейтрино принесли другим людям шесть Нобелевских премий, то сложно рассчитать, сколько миллионов долларов принес, опять же другим людям, нейтронный каротаж. Сам Бруно не обогатился ни на цент, поскольку, по условиям контракта, все патенты на изобретения, которые он придумал, становились собственностью WSI.
Позже Бруно говорил, что американский период своей жизни он вспоминает с большим удовлетворением [6]. Хотя это не была научная работа, к которой он привык, но работа на нефтяных скважинах в Оклахоме ему нравилась. В 1942 г. он участвовал в тестировании нейтронного каротажа на 12 скважинах в Оклахоме, Техасе и Луизиане [5].
Однажды студенты кафедры Понтекорво в МГУ спросили, какая из его работ принесла ему наибольшее удовлетворение [42]. Ответ, на первый взгляд, был неожиданным – нейтронный каротаж. Сегодня мы бы думали, что Бруно скажет – нейтринные осцилляции. Но в то время осцилляции нейтрино не были экспериментально обнаружены. К сожалению, до конца своей жизни Бруно так и не узнал, осуществляется ли в природе его идея, или, как одно время считали, «осцилляции нейтрино – это из области научной фантастики». Основные провидческие идеи Бруно – хлор-аргоновый метод или отличие электронного и мюонного нейтрино – реализовали другие люди. А нейтронный каротаж, действительно, сам придумал, сам проверил. Плюс дополнительное удовлетворение от того, что фундаментальная наука в очередной раз принесла пользу людям.
В своем недавнем интервью [43] сын Бруно Джиль также подтверждает, что отец очень гордился своим изобретением нейтронного каротажа, поскольку это оказалось первым практическим применением явления замедления нейтронов, открытого группой Ферми, и сделано это было именно в мирных целях.
12. Enemy Alien
Когда США вступили в войну с Гитлером и его союзниками, все эмигранты немецкого и итальянского происхождения получили статус «enemy alien» – «вражеский иностранец». В Англии таких иностранцев направляли в концентрационные лагеря или высылали на остров Мэн. В США такого не было, но Бруно вспоминает [6], как вел грузовик с геофизической аппаратурой и совершил неправильный обгон. Сразу же был остановлен полицейскими, которые мгновенно поняли, что он не американец, а еnemy alien и потребовали объяснить, кто он такой, что везет, куда направляется. Тут Бруно совершил еще одну ошибку – сунул руку в карман, чтобы достать документы, и чуть было не был застрелен на месте [44].
В сентябре 1942 г. дом Понтекорво посетили два агента ФБР. Проверка осуществлялась в рамках стандартной деятельности по надзору за enemy alien. Бруно дома не было, а Марианна, как видно из отчета агентов ФБР, приведенного в [5], притворилась даже не знающей слова «коммунист»:
«25 сентября 1942 г. был проведен обыск в доме 219 по South Florence Street, Tulsa, Oklahoma в связи со статусом его резидента enemy alien. Во время обыска было замечено, что хозяин имеет 25–30 книг и памфлетов, содержащих коммунистические идеи. Жена резидента была допрошена, и ей был задан вопрос, не является ли ее муж коммунистом, на что она ответила, что не знает, что такое коммунист, хотя она говорила по-английски хорошо и понимала все вопросы, которые ей задавались до этого».
Итак, во время пребывания в США коммунистические взгляды Бруно никуда не исчезли. Он не только продолжал читать коммунистическую литературу, но и второго сына, родившегося в 1944 г., назвал Тито Нильс (https://t.me/bruno_pontecorvo_photo/8).
