Как российские ученые выращивают искусственные алмазы

Синтетический алмаз — эта, казалось бы, микроскопическая деталь в будущем может осуществить давнюю мечту человечества, ради которой прямо сейчас во Франции воплощается сложнейший международный проект ИТЭР — первый в мире экспериментальный реактор типа токамак. Его цель — доказать, что мы можем получать и использовать мирную термоядерную энергию в промышленных масштабах.

Анатолий Красильников, директор проектного центра ИТЭР: «Нужно неисчерпаемое топливо, с которым человечество пойдет, так сказать, в бесконечность по времени. И вот таким является дейтерий и тритий — 2 изотопа водорода. При их слиянии выделяется колоссальная энергия».

Чтобы измерить эту колоссальную энергию, в токамак установят множество высокоточных устройств — детекторов нейтронов. Их полностью производят в российском отделении ИТЭР в Троицке. И один из ключевых элементов детектора — алмазная пластинка.

Николай Родионов, начальник сектора «Алмазный детектор» проектного центра ИТЭР, доктор физико-математических наук: «Нейтронная диагностика — одна из самых главных диагностик термоядерного реактора. Если кремниевый детектор проработает всего сутки, то алмазный — более 100 дней».

Природный алмаз с этими задачами не справится — камень должен иметь совершенную кристаллическую решетку и не содержать никаких примесей. Найти такой в недрах земли не просто, а извлекать очень дорого.

Теория синтеза алмаза была описана еще в 30-х годах советским физиком Овсеем Лейпунским. А в 1952 году другой ученый Леонид Верещагин спроектировал гидравлический компрессор сверхвысокого давления. Но алмазную гонку СССР выиграть не успел. Первый удачный эксперимент провели шведы в 1953 году, за ними — американцы. Для Советского Союза решающим стал 1958 год. И уже в 1960 году ученые Института физики высоких давлений начали стабильно получать синтетические алмазы с помощью этого метода.

Подобно тому, как миллионы лет тому назад в недрах земли рождались алмазы натуральные, прямо сейчас в цехах взращиваются кристаллы синтетические. За темным защитным стеклом в огромных печах, гидравлических прессах, происходит процесс в условиях максимально близких к природным. Это высокое давление и высокая температура.

Одно из крупнейших предприятий уже несколько лет работает в городе Кимры Тверской области. В специальную кубическую капсулу помещают затравку — крохотное зернышко алмаза, добавляют графит, металл-растворитель и другие примеси, если нужно добиться определенных свойств камня.

Растет алмаз стремительно — максимум 3 недели. Затем остается только разбить металлическую ячейку и отделить лишнее в агрессивной среде из кислоты и азота. Так получают либо поликристаллы, из которых изготавливают алмазный порошок для резцов буровых установок в нефтедобывающей промышленности, либо чистейшие монокристаллы, которые режут лазером на детали для научных исследований.

А вот для наноэлектроники используют уже другую технологию — метод CVD. Он позволяет тонко контролировать химический состав включений в кристалл и выращивать алмазные пленки для научных целей на заготовках большой площади. И у обоих методов есть, скажем так, побочный продукт — кристаллы ювелирного качества, которые гранят в бриллианты точно так же, как и натуральные. И разницы между лабораторно выращенным и природным — никакой. Кроме цены.

Валентина: «Если мы будем сравнивать искусственный бриллиант с настоящим, натуральным, мы не увидим совершенно никакой разницы. Тот же самый блеск, то же самое сияние».

Увидеть разницу можно только с помощью лазерных приборов — спектрометров.

Сегодня в среднем искусственный бриллиант на 95 процентов дешевле натурального. Потому цена заставляет природные ювелирные камни потесниться. Однако ценность у них разная. Натуральный алмаз всегда будет уникальным, а синтетический — лишь его копией.