Спартак Ахметов - Беседы о геммологии

Штернберг тщательно планировал эксперименты, чтобы избежать случайностей. В процессе работ придумали ставить посредине автоклава диафрагму, чтобы разделить нижнюю, холодную, и верхнюю, горячую, части. Для прохождения восходящих и нисходящих потоков приспособили патрубки. Потом кто-то доказал, что патрубки не нужны, достаточно в диафрагме просверлить несколько отверстий. Это позволило упростить конструкцию автоклава. В результате 1955 год ознаменовался получением кристаллов кварца весом более 2,5 килограмма каждый!

В обыденной жизни ученые мало отличаются от большинства людей. Они так же суеверны, любят сказки, охотно облекают в легенды героическое прошлое старших собратьев. Существует легенда и о пионерах кварцевого синтеза.

Говорят, что за получение огромных по тем временам кристаллов всю лабораторию гидротермального синтеза премировали гигантской суммой. Причем, А. А. Штернбергу, как руководителю работ, в ведомости указали львиную долю, а его сотрудникам — в шесть раз меньше. Справедливо ли это? Наверное, да. Наверное, начальству виднее, кого и как поощрять…

Когда настала пора ехать за премией, Штернберг усадил подчиненных в такси и повез в административный корпус. Как полагается, расписались в ведомости. Вернулись в машину, и здесь добрейший Алексей Александрович страшным голосом приказал: «Деньги на бочку!» Молодые люди задрожали. Роль бочки сыграл старенький портфель начальника. Каждый бросил свою долю в общую кучу. Никто не осмелился роптать…

А дальше Алексей Александрович аккуратно разделил деньги на пять равных частей и, не слушая возражений, велел их разобрать. Таким образом все были премированы поровну. В нынешнем масштабе цен каждый получил по двести рублей.

Легенда эта основана на факте. Придумать можно было бы и поинтересней. Например: вся сумма пошла на покупку автоклава. Или: шофер такси, приняв пассажиров за мазуриков, которые делят добычу, отвез их в милицию. Но ничего этого не было. Каждый благополучно истратил свою долю, тем более что жилось в те годы голодновато.

На Западе тоже не дремали. Американская фирма «Белл телефон» организовала лабораторию по выращиванию кристаллов. Кварцем здесь занимался известный нам А. Уокер. В 1953 году он предложил диафрагму с вырезами для циркуляции раствора, и за два месяца вырос кристалл весом 400 граммов. Несколько ранее в лаборатории фирмы «Браш» для синтеза кварца были применены сообщающиеся автоклавы. В одном растворялась шихта, в другом рос кристалл. Судя по публикациям, были получены кварцевые блоки весом 1040 и 1700 граммов.

Компания «Белл телефон» в 1956 году завершила разработку технологии промышленного получения кварца. Производство кристаллов взяла на себя фирма «Вестерн электрик». Инженеры фирмы обязались сконструировать необходимое оборудование, разработать систему автоматического управления. На это ушло два года.

Между тем продолжались работы по выращиванию и исследованию гранатов. Йодер еще раз синтезировал гроссуляр. Д. М. Рой и Р. Рой уточнили состав и свойства кристаллов в ряду гидрогроссуляров. Кристоф Мишель-Леви вырастила спессартин и гроссуляр. Л. Кос получил андрадит. И опять Йодер… И опять Мишель-Леви… На гранатовую рыбку была заброшена такая широкая сеть с такими мелкими ячейками, что она не могла не попасться. И она попалась! В 1951 году вездесущий Йодер в содружестве с М. Л. Кейтом совершили открытие, последствия которого трудно переоценить.

Началось с того, что с помощью химического анализа в гранате спессартине некоторых месторождений был обнаружен иттрий — металл, занимающий 39-ю клетку в таблице Менделеева. Как же этот редкий элемент попал в спессартин? Оказывается, он заместил часть марганца; при этом часть кремния заместилась алюминием. Иодер и Кейт подумали: а что, если марганец и кремний совсем убрать из граната? Не получится ли новый минерал, целиком состоящий из иттрия и алюминия?

В 1951 году в журнале Американского минералогического общества появилась статья с описанием свойств нового соединения. Юный гранат оказался лучше природных собратьев: твердость 8,5 по Моосу (между топазом и рубином), показатель преломления 1,835, дисперсия 0,032 (близка к алмазной). Свое детище Йодер и Кейт назвали иттрогрантом. Однако в мировой научной литературе имя не привилось. С непонятным упорством все исследователи называют его очень длинно — иттриево-алюминиевый гранат. Если оставить только инициалы, то получится более удобная форма — ИАГ. Так мы и будем именовать его.

Восхитившись свойствами ИАГ, ученые взялись за его выращивание. Они надеялись, что минерал, рожденный в лаборатории, будет расти охотнее, чем природные гранаты.

Из всех методов синтеза первым был опробован гидротермальный. Опыты проводили в автоклавах, разделенных дырчатыми диафрагмами на три зоны. В нижнюю зону насыпали порошкообразный оксид иттрия, в средней зоне подвешивали затравочные кристаллы, а в верхней зоне укладывали куски корунда. Автоклав доверху наполняли водным раствором углекислого калия и плотно завинчивали крышку. Затем верхнюю и нижнюю зоны нагревали до температуры 800, а среднюю — до 770 кельвинов. При этом давление внутри автоклава поднималось до 100 мегапаскалей, и затравки начинали разрастаться. Но росли они очень медленно — 0,05 миллиметра в сутки. Такие черепашьи темпы никого не устраивали.

Тогда ученые обратились к пегматитовым процессам, в результате которых, как мы знаем, растут крупные кристаллы. Методом проб и ошибок они нашли тройную смесь, которая плавится при температуре 704 кельвина. В расплаве может раствориться до 15 процентов ИАГа. Поскольку расплав агрессивен по отношению ко многим металлам, то опыты вели в платиновом тигле.

Тигель с загруженной шихтой установили в шахтную печь и подняли температуру до 1700 кельвинов. Выдержали расплав некоторое время, чтобы все компоненты хорошенько перемешались. Затем начали медленно охлаждать печь. В какой-то момент расплав оказался пересыщенным по отношению к ИАГ, который всплывал на поверхность (из-за меньшей плотности) и кристаллизовался. Типичный пегматитовый процесс!

Но как из расплава извлечь кристаллы граната? Представьте себе экспериментатора (симпатичная хрупкая женщина в легком цветастом платье, чем-то похожая на бабочку) и лаборантов (два здоровенных парня, нечто среднее между боксерами-тяжеловесами и цирковыми силачами). Под четырехугольным вытяжным зонтом, исходя зноем, стоит печь размером в половину человеческого роста.

— Приготовились! — тонким, но решительным голосом командует экспериментатор, едва перекрикивая шум вентиляции.

Боксеры-тяжеловесы уходят в угол комнаты и натягивают поверх мускулов грубые брезентовые штаны и куртки. Головы они защищают кожаными шапками-ушанками, глаза — темными очками, руки — асбестовыми рукавицами. Сейчас они более всего напоминают тяжелых носорогов перед атакой.