«РОСАТОМ» / АО «ГНЦ РФ – ФЭИ»

Лев Николаевич Усачёв

Лев Николаевич Усачев – выдающийся ученый, физик-теоретик, чьи работы широко известны в нашей стране и за рубежом. Его яркий талант раскрылся в эпоху становления ядерной энергетики при решении широкого круга проблем, связанных с физическими основами ядерных технологий. Плоды его научной деятельности явились значительным этапом развития мировой ядерной и нейтронной физики.

Л.Н. Усачев родился 26 января 1926 г. в Москве. В 1933 г. он поступил учиться в среднюю общеобразовательную школу. По воспоминаниям одноклассника, уже со школьных лет проявился свойственный ему характер – был немногословен, попусту не разговаривал, обо всем имел собственное мнение, не торопился с высказываниями, тщательно обдумывал свои слова. Учился Лев Николаевич легко и свободно. Все новое, незнакомое для него на уроках воспринимал с глубоким вниманием. Будучи физически самым крупным учеником в классе, он имел весьма миролюбивый характер, но в мальчишеской среде при необходимости мог постоять за себя.

В 1939-1941 гг. он посещал кружок при механико-математическом факультете МГУ и принимал участие в математических олимпиадах московских школьников, к началу Великой Отечественной войны окончил 8 классов. В первые военные годы занятия в школе были прерваны.

В 1943 г. он экстерном сдал экзамены за полный курс средней школы, получив аттестат зрелости с отличием. В том же году поступил учиться в Московский автомеханический институт. В 1945 г., когда из многих московских вузов собирали лучших студентов для обеспечения специалистами ядерной проблемы, его перевели на отделение строения вещества физического факультета МГУ. В 1948 г. он окончил МГУ и защитил диплом с отличием. Д.И. Блохинцев, будучи руководителем теоретических работ Лаборатории «В» и, одновременно, профессором кафедры МГУ, позаботился о направлении Л.Н. Усачева на работу в Обнинск.

С октября 1948 г. Лев Николаевич начал работать в Лаборатории «В» старшим лаборантом теоретического отдела. Со временем, последовательно занимая более высокие должности, в 1964 г. стал директором физического отделения института, сохранив за собой обязанности начальника теоретического отдела.

Лев Николаевич Усачев был талантливым, прирожденным физиком-теоретиком, целеустремленным, страстно увлеченным, необычайно работоспособным. Он умел концентрироваться на том, что считал важным, первостепенным, всегда добивался завершенности и ясности при решении проблем, какими бы сложными они не были.

С самых первых шагов работы в ФЭИ Лев Николаевич взялся за разработку мало тогда изученной, но очень важной и перспективной области реакторной физики – теории реакторов на быстрых нейтронах. Он впервые разработал физически ясные алгоритмы расчета спектров нейтронов в размножающих средах с учетом неупругого и упругого замедления, сформулировал понятия коэффициента размножения и воспроизводства ядерного горючего в активной зоне и отражателе быстрого реактора, рассмотрел размножение системы реакторов и времени удвоения топлива. Эти работы легли в основу физических расчетов быстрых реакторов, проведенных в 1951-1952 гг. с целью выбора их наиболее перспективной концепции.

В последующие годы он сформулировал общую постановку пространственно-энергетической многогрупповой задачи расчета быстрого реактора. Были получены в явном виде её решения для интегральных спектров по однородным областям и для реактора без отражателя как в диффузионном, так и в кинетическом приближениях.

В 1954 г. Лев Николаевич защитил кандидатскую диссертацию. Она включала такие теоретические проблемы, как постановку многогрупповой задачи, исследование точности различных приближений метода сферических гармоник, развитие одногрупповой и многогрупповой теории возмущений, кинетику размножения нейтронов в реакторах, определение коэффициента воспроизводства топлива с учетом высших изотопов плутония, время удвоения топлива. На основе разработанных методов велись расчеты первых реакторов на быстрых нейтронах БР-1, БР-2, БР-5.

К 1955 г. Л.Н. Усачев разработал новую, фундаментальную теорию ценности нейтронов в реакторе. Он ввел физически наглядное понятие ценности нейтрона и на основе закона сохранения ценности вывел уравнение, которое оказалось сопряженным уравнению для потока нейтронов. Физически оказалось понятным, что эффект от добавления или уменьшения числа нейтронов в стационарном реакторе зависит не от их количества, а от их суммарной ценности, т.е. в простейшем случае от произведения их числа на ценность каждого нейтрона.

Опираясь на уравнения ценности и потока нейтронов, Лев Николаевич разработал точную теорию возмущений в наиболее общем виде, а также наиболее общий вывод уравнения кинетики реактора с явными выражениями для всех входящих величин.

В развитие этих работ в 1956 г. аналогичные результаты получены для возрастного приближения, что составило одну из основ теории реакторов на промежуточных нейтронах, был предложен ряд экспериментов для измерения ценности нейтронов.

Развитая Л.Н. Усачевым обобщенная теория возмущений, дает возможность рассчитывать вариации любых дробно-линейных функционалов нейтронного потока в реакторе любого типа от изменения состава или ядерных данных.

За научные исследования в области физики реакторов на быстрых нейтронах в составе авторского коллектива Лев Николаевич в 1960 г. был удостоен звания лауреата Ленинской премии.

Расширяя исследования, направленные на раскрытие потенциальных возможностей быстрых реакторов, он провел сравнительный анализ различных реакторных систем с точки зрения потребностей в добыче и обогащении урана и необходимых объемов различных производств, исследовал время удвоения топлива с учетом внешних факторов. По результатам исследований в 1964 г. Лев Николаевич защитил докторскую диссертацию.

Обобщенная теория возмущений, которую часто называют именем автора «PERTUS» (Perturbation – Usachev), широко используется в мировой науке.

Многие научные работники, которым посчастливилось сотрудничать со Львом Николаевичем, испытали в своей работе огромное влияние его идей.

К этому времени относится начало его деятельности в области ядерных данных. Это новое широкое направление на стыке ядерной, нейтронной физики и прикладной математики – оценка ядерных данных. Он, со свойственной ему глубиной, осознал ее значение и необходимость международного сотрудничества в создании информационного фундамента ядерной энергетики. Его научный и организаторский вклад в этой области трудно переоценить. Под его руководством был создан и функционировал Центр ядерных данных. Это было его любимое детище.

Длительное время он был заместителем председателя отраслевой комиссии по ядерным данным, представлял СССР в Международном комитете по ядерным данным (МКЯД) при МАГАТЭ и проделал большую работу в организации международного обмена ядерными данными. Было выработано соглашение по созданию мировых библиографических (CINDA) и фактографических экспериментальных (EXFOR) ядерных данных. Пришлось преодолеть большие трудности в связи с различием отечественных и западных стандартов носителей информации. Лев Николаевич считал, что любая задача имеет решение, его надо только найти. И он находил эти решения. Его энтузиазм, оптимизм, уверенность в получении конечного результата благотворно влияли на молодых сотрудников Центра ядерных данных, и они эффективно решали многочисленные задачи в этой новой тогда научной проблеме.

В советские времена вклад СССР в мировую базу экспериментальных данных составлял около 25%. Это означало, что благодаря международному обмену объем доступной отечественным ученым информации в области ядерных данных существенно увеличивался.

Лев Николаевич призывал страны-члены МКЯД к свободному обмену и оцененными ядерными данными, которые непосредственно использовались в проектных расчетах атомных реакторов. Будучи в 1972-1973 гг. председателем МКЯД, он провозгласил лозунг словами Шота Руставели: «Что отдал - то твое, что скрыто - то пропало». Но он понимал, что до тех пор, пока у нас не будет собственной национальной библиотеки оцененных ядерных данных, полноценный обмен оцененными данными не реален.

Лев Николаевич приложил немало усилий для организации деятельности по выработке оцененных ядерных данных и созданию отечественной библиотеки, которой он присвоил название БРОНД (Библиотека рекомендованных оцененных нейтронных данных). В настоящее время создана её третья версия, основанная на научных знаниях, достигнутых к началу XXI века.

Деятельность по ядерным данным ориентирована непосредственно на ядерные технологии. От полноты объема и качества ядерных данных зависят закладываемые в проекты запасы. Безопасность, экономичность и экологическая приемлемость ядерных установок во многом определяются используемыми при проектировании ядерными данными.

В связи с этим, остро стояли такие вопросы: какова допустимая погрешность ядерных данных и как определить погрешность оцененных данных. Для решения этих задач Л.Н. Усачев выработал сугубо научный подход. Вопрос о потребности в ядерных данных и допустимой их погрешности был изучен на основе обобщенной теории возмущений.

Измерения ядерных данных обходятся весьма дорого, и чем более прецизионны результаты измерений, тем они более дорогостоящие. Поэтому необходимо было решить проблему, как удовлетворить потребности в ядерных данных с наименьшими затратами. Он решил целый ряд оптимизационных задач деятельности по ядерным данным на основе математической статистики и теории возмущений. К ним относятся: корреляции погрешностей и их учет в проблеме ядерных данных; определение потребностей в ядерных данных; планирование оптимальной совокупности микроэкспериментов и оценок, обеспечивающей требуемые точности с учетом интегральных экспериментов.

Широкая эрудиция и разносторонние интересы позволили Льву Николаевичу с высоких научных позиций внести вклад и в другие направления ядерной науки. Он участвовал в первой работе по изучению величины «альфа» 239Pu для быстрых нейтронов на основе анализа образца земли, взятого с полигона взрыва плутониевой бомбы. Эта величина рассчитывалась по соотношению содержания 239Pu и 240Pu в исследовавшемся образце. Ему принадлежат одни из первых рекомендаций по спектрам нейтронов деления, энергетической зависимости их среднего числа и идеология интерпретации проявления каналовых эффектов в этой зависимости. Изучение каналовых эффектов в рамках коллективной модели ядра явилось свежим направлением в физике деления ядер. Лев Николаевич включился в теоретические исследования каналов деления четно-четных ядер вблизи барьера деления, угловых распределений осколков и структуры барьера деления. Он был инициатором экспериментальных и теоретических исследований фотоделения ядер вблизи барьера и являлся соавтором открытия, зарегистрированного по результатам этих исследований.

Будучи теоретиком, он глубоко вникал и в экспериментальные исследования по физике деления, по взаимодействию нейтронов с ядрами, по спектрометрии быстрых нейтронов, помогал в интерпретации результатов измерений, оказал плодотворное влияние на развитие термодинамического описания энергетических спектров атомных ядер, принимал активное участие в дискуссиях о роли равновесных, предравновесных и прямых процессов в формировании спектров нейтронов, рождающихся в ядерных реакциях.

При скудном финансировании фундаментальных исследований, ему удавалось поддерживать развитие экспериментальной базы, технической оснащенности отделения и компьютеризации научных исследований.

Лев Николаевич страстно увлекался всем новым, мало понятным, его тянуло докопаться до сути явления и, естественно, не остались вне его внимания такие проблемы как Тунгусский метеорит, неопознанные летающие объекты. Благодаря друзьям, побывавшим на месте падения метеорита, Лев Николаевич был в курсе работ ряда экспедиций, имел в своем распоряжении образцы почв, воды, растений, деревьев. Он предпринимал попытки провести исследование этих образцов, в частности на радиоактивность. Он часто демонстрировал знакомым изменения в плотности и расположении годовых колец на имевшемся у него образце дерева. Ему очень хотелось попасть на Тунгуску, но не довелось.

Большое место в жизни Льва Николаевича занимал спорт. Занятия спортом стали органической составляющей всей его жизни, жизни его семьи. Этим увлечением он заражал многих окружающих его сотрудников. Туризм пеший и на байдарках, подводное плавание, альпинизм, горные лыжи – этому он посвящал свой отдых. Даже после трагедии при восхождении на пик Ленина, он снова встал на горные лыжи, и, приспособив протезы, продолжил занятия слаломом. Он был в курсе всех новинок в слаломе, сам писал статьи о слаломе в журнале «Советский спорт», делясь своим опытом и предложениями по улучшению снаряжения, особенно креплений к лыжам.

Лев Николаевич был сторонником технического прогресса не только в научной работе, но и в быту. Он первым в Обнинске сел на велосипед с моторчиком, затем последовали мотороллер, «Москвич», «Волга». Его лозунгом было: «Машина - не роскошь, а средство передвижения». В поездках в Москву он практически не пользовался служебным транспортом, предпочитая собственную машину.

Не в его характере было выполнение каких-либо общественных поручений ради «галочки». В любой своей деятельности он находил рациональное зерно и возможность принести пользу. Таковым было его отношение и к шефской работе в колхозе, и к различным «субботникам», в которых он всегда принимал непосредственное участие.

Нельзя не отметить его увлечение электропунктурой, в которой он видел панацею от всех болезней. Эта проблема нашла многочисленных почитателей внутри и вне института. Он никогда не расставался со своим миниатюрным приборчиком электропунктуры и не стеснялся демонстрировать его действие и во время отдыха, и на работе (даже в кабинетах Министерства) искренне веря в его чудодейственность.

Л.Н. Усачев был принципиальным и внимательным руководителем, обаятельным человеком, щедрым источником новых идей, строгим борцом за ясность и чистоту научных поисков. Его доброжелательность, терпение, готовность помочь в самых трудных и критических ситуациях создавали и поддерживали творческую обстановку, стимулировали инициативу как основу научной деятельности. Оптимизм и мужество никогда не покидали его.

Ему было присуще обостренное чувство нового во всех областях многогранной деятельности. Им создана научная школа и воспитан большой отряд квалифицированных научных работников в области математической, теоретической и экспериментальной физики. Его классические идеи широко используются в практике ядерных технологий.

Б.Д. Кузьминов
(Из книги: «Физико-энергетический институт: летопись в судьбах» – Обнинск: ГНЦ РФ – ФЭИ, 2006)