Давление на этой установке получилось около 55 000 атм — все еще недостаточное. Но затем пуансоны и камеру сделали не из стали, а из карболоя — уже упоминавшегося ранее сплава карбида вольфрама с шестью процентами кобальта. Сразу же давление удалось поднять до 100 000 атм при температуре в камере выше 2000°!
Но загруженный туда графит все равно отказывался превращаться в алмаз. Ничего не произошло и тогда, когда после все новых и новых усовершенствований исследователям удалось, как они считали, поднять температуру до 5000°, а давление до 200 000 атм.
Наверное, Франк-Каменецкий был прац, всячески подчеркивая, что превращение графита в алмаз — процедура тонкая и весьма прихотливая. А расчета, точного расчета состояний и переходов у Холла и его коллег не было. И отсутствие точных теоретических расчетов они, естественно, пытались восполнить все новыми и новыми опытами. Так прошел еще год — в безуспешных попытках синтезировать алмаз из разных углеродсодержащих веществ в присутствии самых разных металлов-растворителей: железа, никеля, хрома, тантала, иридия… Опыты, опыты, опыты — так же ощупью, как у Лундблада. И так же неожиданно пришел и к ним долгожданный день.
Предоставим слово Холлу.
«16 декабря 1954 г., после завершения опыта, я вскрыл камеру и заметил там маленькие треугольные пластинки. Они пропускали свет, падавший из окна.
Я исследовал достаточно много естественных алмазов и потому сразу увидел, что эти треугольники явно подобны алмазам. Я так заволновался, что у меня начало учащенно биться сердце и я почувствовал такую слабость, что пришлось сесть в кресло, чтобы прийти в себя.
Посидев немного, я взялся за микроскоп. Материал из камеры оказался поликристаллической массой, состоящей из множества маленьких октаэдров с характерными треугольными гранями кристалликов.
Я чувствовал, что это алмазы. Но это нужно было доказать, У меня уже были случаи, когда я синтезировал шпинели и принимал их за алмазы. И я совсем не хотел снова попасть пальцем в небо…»
Прервем свидетельство Холла, чтобы пояснить, что значило «доказать». Компания «Дженерал электрик» оговорила условия идентификации — то, что получится в аппарате, будет признано алмазом, если это подтвердит:
1) рентгенограмма,
2) оптическая характеристика,
3) твердость,
4) химический анализ,
5) внешняя форма,
6) и самое главное — воспроизведение синтеза другими лицами.
Продолжим рассказ Холла.
«…Это было в четверг. Часть материала я передал в рентгеновскую лабораторию, чтобы там сделали рентгенограмму. А сам принялся за прочие исследования: проверил твердость полученного вещества, оптическую рефракцию, плотность и, наконец, сжег несколько крупиц. Все подтверждало: это алмаз.
В понедельник пришли рентгенограммы — алмаз!
Следующие пятнадцать дней ушли на повторные опыты, я проделал их 27 раз — в точности аналогичных тому опыту, что был сделан 16 декабря. И двадцать раз я получал алмазы.
Теперь у меня уже не оставалось сомнений: проблема алмазного синтеза успешно решена. Но по правилам фирмы надо было, чтобы опыт воспроизвели другие лица.
Первая проверка была сделана 31 декабря — д-р Хью Вудбери из «Дженерал электрик», руководствуясь моими указаниями, изготовил алмазы.
17 и 18 января тот же д-р Хью Вудбери и д-р Ричард Ориани, каждый трижды, повторили эксперимент, который я сделал 16 декабря, и во всех шести случаях получили алмазы.
Насколько я знаю, наша лаборатория была первой, где синтезированные алмазы были проверены всеми существующими способами.
И дополнительно еще двумя: алмазов было изготовлено столько, что их можно было подержать на ладони и еще можно было слышать, как они царапают разные твердые тела! И то, и другое ощущение доставило нам особенное удовольствие…»
Собственно синтез длился от одной до трех минут. Максимальный размер образовавшихся кристаллов был 0,8 мм. Алмазы были получены при температуре 1560° и давлении 85 000 атм. Вспомним, что у шведов давление было примерно таким же, и перейдем к небольшому теоретическому отступлению.
Мы живем в нестабильных условиях, точнее говоря: в термодинамически нестабильных. По законам термодинамики, право на существование в данных условиях имеют лишь те вещества, которые обладают наименьшим из всех возможных при данном давлении и данной температуре запасом энергии. (Например, молекула ржавчины в нормальных условиях обладает меньшим запасом энергии, чем три атома железа и четыре атома кислорода порознь. И если не прилагать специальных усилий, то вся выплавленная в мартенах и конвертерах сталь самопроизвольно превратится в ржавчину.)
Если сжечь 1 г алмаза, то при этом выделится на несколько сот калорий больше, чем при сжигании 1 г графита. Графит упакован энергетически экономней, и все алмазы должны были бы самопроизвольно перестроиться в чешуйки графита. Можно порадоваться тому, что этого не происходит и что природа иногда почему-то придерживает термодинамически выгодные процессы (более научно: они идут в этих случаях с незначительной скоростью), либо не дает им хода вовсе. По этой причине мы имеем возможность любоваться алмазом: он не перестраивается в графит, потому что у него исключительно прочная кристаллическая решетка. Однажды образовавшись, она в весьма большом диапазоне температур и давлений остается неизменной. Пока нагрев не превышает 1500°, кристалл не «расшатывается», алмаз ведет себя так, будто бы он стабилен.
В области давлений и температур, при которой термодинамически нестабильное вещество самопроизвольно не переходит в энергетически более выгодное состояние — в метастабильной области, вещество может сохраняться практически сколь угодно долго.
Как только первые результаты Холла были подтверждены, «Дженерал электрик», не мешкая, приступила к изготовлению аппаратуры и к подготовке промышленного синтеза алмазного порошка. В марте 1955 г. они сочли возможным опубликовать сообщение о том, что открытие состоялось. Потом появилась опоздавшая шведская публикация, потом были еще сообщения о синтезе — американской фирмы «Нортон компани», голландских «Ашере даймондс» и «Бронсверк», английской, южноафриканской… А в октябре 1957 г. компания «Дженерал электрик» объявила, что ею изготовлено 100 000 карат алмазного порошка и что в 1958 г. будет изготовлено в 10 раз больше.
Как и положено коммерческому предприятию, фирма извещала и о цене порошка: 3 доллара 48 центов за карат. Искусственные алмазы «Дженерал электрик» были на 24% дороже натуральных…
А технология синтеза, разумеется, оставалась тайной за семью печатями. Вот как говорил об этом двумя годами позже в одном из своих научных докладов Холл: «Точное давление и температуру, а также вещества, необходимые для синтеза, я не привожу. Во-первых, эта информация — собственность «Дженерал электрик». Во-вторых, существует приказ о секретности патентов «Дженерал электрик». В-третьих, засекречен и патент на установку «Белт»…»
Глава VIII
УРАЛ-ЯКУТИЯ-МОСКВА
После публикаций 1955 г. о синтезе алмазов в США и в Швеции стало ясно, что научная часть задачи решена. Спустя два года сообщение о ста тысячах каратов подтвердило, что создана и заводская технология.
Следовало заняться алмазным синтезом и в СССР. И притом как можно быстрее: советская индустрия нуждалась в алмазных инструментах, хотя история русских природных алмазов насчитывала к этому времени почти полтора столетия.
Она началась в 1829 г. на прииске, затерянном в лесной глуши Северного Урала. Вот как описывал происшедшее владелец прииска граф Полье.
«5 июля я приехал на россыпь вместе с господином Шмидтом, молодым фрейбергским минералогом, которому я намеревался доверить управление рудниками, и в тот же самый день между множеством кристаллов железного колчедана и галек кварца представленного мне золотоносного песка открыл я первый алмаз…»
