Евгений Завойский

Евгений Завойский — советский физик-экспериментатор, один из основоположников радиоспектроскопии, первооткрыватель явления электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Лауреат Ленинской премии (1957), дважды лауреат Сталинской премии (1949, 1951), Герой Социалистического Труда (1969). Академик Академии наук СССР (1964).

Биография

Ранние годы и образование

Евгений Константинович Завойский родился 15 (28) сентября 1907 года в городе Могилёв-Подольский (ныне Винницкая область Украины) в семье учителя. В 1926 году окончил среднюю школу в Казани, после чего поступил на физико-математический факультет Казанского государственного университета (КГУ). В 1930 году, ещё будучи студентом, начал работать в университетском Физическом институте. После окончания университета в 1931 году остался в аспирантуре под руководством профессора В. А. Ульянина.

Научная деятельность в Казани

С 1933 года Завойский — ассистент, затем доцент кафедры физики КГУ. В 1938 году защитил кандидатскую диссертацию на тему «Исследование флуктуаций в электрических цепях». В этот период он заинтересовался проблемой взаимодействия электромагнитных волн с веществом, что впоследствии привело его к открытию ЭПР.

В 1941 году, с началом Великой Отечественной войны, Завойский был эвакуирован в Йошкар-Олу, где продолжил исследования в Казанском университете. В 1944 году он вернулся в Казань и возглавил лабораторию в Физико-техническом институте Казанского филиала АН СССР.

Открытие электронного парамагнитного резонанса

В 1944 году, работая с парамагнитными солями (в частности, с хлоридом меди CuCl₂·2H₂O), Завойский впервые экспериментально наблюдал резонансное поглощение электромагнитных волн сверхвысокой частоты (СВЧ) в магнитном поле. Он построил установку, состоявшую из генератора СВЧ (клистрона) мощностью 10 Вт, волновода и электромагнита. При изменении магнитного поля в области 0–1000 эрстед на частоте 133 МГц он зафиксировал пик поглощения, соответствующий переходу между зеемановскими подуровнями электронов с магнитным моментом. Это явление было названо электронным парамагнитным резонансом.

Первая публикация об открытии вышла в 1945 году в «Журнале экспериментальной и теоретической физики» (ЖЭТФ) под названием «Парамагнитное поглощение в перпендикулярных полях». В 1946 году Завойский защитил докторскую диссертацию по этой теме.

Открытие ЭПР стало фундаментальным для развития физики конденсированного состояния, химии, биологии и медицины. Метод позволил изучать структуру вещества на молекулярном и атомном уровнях, исследовать свободные радикалы, дефекты кристаллической решётки, процессы переноса заряда.

Работа над атомным проектом

В 1947 году Завойский был привлечён к работам по советскому атомному проекту. Он переехал в Москву и начал работать в Лаборатории № 2 АН СССР (ныне — Курчатовский институт) под руководством И. В. Курчатова. Завойский занимался разработкой методов регистрации ядерных излучений, в частности созданием сцинтилляционных детекторов и фотоэлектронных умножителей. За эти работы он был удостоен Сталинской премии I степени в 1949 году.

В 1951 году ему была присуждена вторая Сталинская премия за цикл работ по исследованию электрических разрядов в газах и созданию высоковольтных импульсных устройств.

Работа в Институте атомной энергии

С 1951 года Завойский — заведующий лабораторией в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова (ныне НИЦ «Курчатовский институт»). В этот период он продолжил исследования в области ядерной физики и физики плазмы. В 1950-х годах он совместно с М. М. Бредовым и Г. А. Воробьёвым разработал метод магнитной записи быстропротекающих процессов (магнитный осциллограф), что позволило регистрировать импульсные сигналы наносекундной длительности.

В 1960-е годы Завойский занимался проблемой управляемого термоядерного синтеза. Он предложил и экспериментально обосновал метод инерциального удержания плазмы с помощью мощных лазерных импульсов (лазерный термоядерный синтез). В 1968 году под его руководством была запущена первая в СССР установка для лазерного обжатия термоядерных мишеней «Кальмар».

Последние годы

В 1969 году Завойскому было присвоено звание Героя Социалистического Труда. Он продолжал активную научную деятельность до конца жизни. Скончался Евгений Константинович Завойский 9 октября 1976 года в Москве от сердечного приступа. Похоронен на Новодевичьем кладбище.

Научные достижения

Электронный парамагнитный резонанс

Основное открытие Завойского — ЭПР — лежит в основе целого класса методов спектроскопии. Суть явления: в постоянном магнитном поле энергетические уровни электронов в парамагнитных атомах расщепляются (эффект Зеемана). При облучении образца электромагнитным полем определённой частоты происходит резонансное поглощение энергии, соответствующее переходам между этими уровнями. Это позволяет определять магнитные моменты частиц, их окружение, концентрацию парамагнитных центров.

Метод ЭПР широко применяется в:

• Физике твёрдого тела — для изучения дефектов кристаллической решётки, примесей, донорно-акцепторных пар.
• Химии — для идентификации свободных радикалов, исследования кинетики химических реакций.
• Биологии и медицине — для изучения активных форм кислорода, структуры белков, диагностики опухолей (метод спиновых меток).

Магнитная запись быстропротекающих процессов

Завойский создал магнитооптический осциллограф, позволяющий регистрировать электрические сигналы с временным разрешением до 10⁻¹⁰ с. Это устройство использовалось для изучения импульсных разрядов, работы лазеров и ядерных реакций.

Лазерный термоядерный синтез

Завойский одним из первых в мире предложил использовать мощные лазеры для сжатия термоядерного топлива. Его работы заложили основы направления, которое позже привело к созданию установок типа «Искра» (РФ) и NIF (США).

Признание и награды

• Сталинская премия I степени (1949) — за разработку методов регистрации ядерных излучений.
• Сталинская премия I степени (1951) — за работы по физике газового разряда.
• Ленинская премия (1957) — за открытие и исследование электронного парамагнитного резонанса.
• Герой Социалистического Труда (1969).
• Два ордена Ленина (1951, 1969).
• Орден Трудового Красного Знамени (1954).
• Медаль «За доблестный труд в Великой Отечественной войне 1941–1945 гг.» (1946).
• Золотая медаль имени С. И. Вавилова (1970) — за выдающиеся работы в области физики.
• Иностранный член Академии наук ГДР (1969).

Память

• Имя Завойского носит Физико-технический институт Казанского научного центра РАН (с 1997 года).
• В Казанском федеральном университете установлен памятник учёному.
• Учреждена премия имени Е. К. Завойского, присуждаемая за выдающиеся достижения в области магнитного резонанса.
• В 2007 году, к 100-летию со дня рождения, была выпущена почтовая марка России с изображением Завойского.
• В честь учёного названа малая планета (астероид) 2941 Завойский, открытая в 1978 году.

Интересные факты

• Первая установка Завойского для наблюдения ЭПР была собрана из подручных материалов: клистрон от радиолокатора, волновод из медной трубы, электромагнит весом 200 кг.
• Открытие ЭПР было сделано в условиях военного времени, когда Завойский работал в эвакуации в Йошкар-Оле, имея минимальное оборудование.
• Завойский не сразу осознал масштаб своего открытия: первоначально он считал, что наблюдал лишь парамагнитное поглощение, а не резонанс.
• В 1950-х годах Завойский активно участвовал в создании первой советской водородной бомбы, разрабатывая системы диагностики ядерных взрывов.

Источники

• Завойский Е. К. Парамагнитное поглощение в перпендикулярных полях // ЖЭТФ, 1945, т. 15, вып. 6, с. 253–257.
• Завойский Е. К. Электронный парамагнитный резонанс // Успехи физических наук, 1955, т. 57, вып. 4, с. 657–683.
• Альтшулер С. А., Козырев Б. М. Электронный парамагнитный резонанс. — М.: Физматгиз, 1961.
• Академик Е. К. Завойский: Сборник статей / Под ред. Л. В. Келдыша. — М.: Наука, 1987.
• Материалы к биографии Е. К. Завойского // Казанский университет: история и современность. — Казань: Изд-во КГУ, 2007.