100 великих учёных

Воспользовавшись известием о тяжёлом состоянии отца (он вскоре умер), я в середине августа добился получения отпуска в Самару, устроил себе перевод во вновь формирующуюся Уфимскую батарею и, не заезжая в Уфу, проехал (в сентябре) прямо в Томск, дезертировал таким образом из белой армии. Томск в то время был единственным университетским городом Сибири, и я поехал туда, рассчитывая вновь отдаться научной работе. И действительно, профессор Вейнберг (сейчас служит в Ленинграде) тотчас же предоставил мне возможность научно работать в лабораториях Технологического института, а с декабря я стал также вести преподавание в университете при кафедре физики (профессор Поспелов).

За время пребывания в Томске я сделал несколько небольших, но зато совершенно самостоятельных научных работ. Я организовал при Технологическом институте постоянно действующий научный семинар и, наконец, также по собственной инициативе руководил научной работой и научным образованием кружка наиболее талантливой студенческой молодёжи.

В сентябре 1919 года я был мобилизован Колчаком и попал в качестве „нижнего чина“ в Томский артиллерийский дивизион, откуда благодаря хлопотам профессора Вейнберга и моим был переведён (в октябре 1919 года) в радиобаталисты и тотчас откомандирован оттуда в Технологический институт, где и продолжал научную работу.

После прихода в Томск Красной Армии (в декабре) я по ходатайству университета был окончательно отчислен из радиобатальона (уже перешедшего в состав красных войск) распоряжением коменданта Томска. После я продолжал научную и преподавательскую работу до мая 1920 года, когда по приглашению Государственного физико-технического и рентгенологического института я переехал на работу в Петроград».

Семёнов назначается заместителем директора Петроградского физико-технического института и руководителем лаборатории электронных явлений.

В 1921 году Семёнов женился на Марии Исидоровне Борейше-Ливеровской — яркой, талантливой женщине. Она была известным специалистом в области романской филологии, работала в Петроградском университете на кафедре В. М. Жирмунского, переводила Данте. Мария Исидоровна была намного старше Николая Николаевича и имела четверых детей. С самого начала этот непростой брак оказался омрачённым тяжёлой болезнью, обрушившейся на жену. Она скончалась в августе 1923 года, прожив с Николаем Николаевичем менее двух лет. Его тяжелейшую душевную драму смягчила и излечила племянница Марии Исидоровны, Наталия Николаевна Бурцева. Она стала женой Семёнова и матерью двух их детей — Юрия и Людмилы.

В то тяжёлое время в сотрудничестве с Петром Капицей Семёнов предложил способ измерения магнитного момента атома в неоднородном магнитном поле, описав экспериментальный процесс в статье, которая была опубликована в 1922 году. Этот метод был позднее успешно развит Отто Штерном и Вальтером Герлахом.

Затем Семёнов возвращается к проблеме ионизации газов, по-видимому, первой научной проблеме, которая его заинтересовала. Ещё будучи студентом университета, он опубликовал свою первую статью, в которой говорилось о столкновениях между электронами и молекулами. По возвращении из Томска Семёнов занялся более глубокими исследованиями процессов диссоциации и рекомбинации, в т. ч. потенциалом ионизации металлов и паров солей. Результаты этих и других исследований собраны в книге «Химия электрона», которую он написал в 1927 году в соавторстве с двумя своими студентами. Семёнов интересовался также молекулярными аспектами явлений адсорбции и конденсации паров на твёрдой поверхности. Проведённые им исследования вскрыли взаимосвязь между плотностью пара и температурой поверхности конденсации. В 1925 году вместе с известным физиком-теоретиком Яковом Френкелем он разработал всеобъемлющую теорию этих явлений.

Другая сфера интересов Семёнова в то время относилась к изучению электрических полей и явлений, связанных с прохождением электрического тока через газы и твёрдые вещества. Учёный, в частности, исследовал прохождение электрического тока через газы, а также механизм пробоя твёрдых диэлектриков (электрически инертных веществ) под действием электрического тока. На основании этого последнего исследования Семёнов и Владимир Фок, прославившийся своими работами в области квантовой физики, разработали теорию теплового пробоя диэлектриков. Это в свою очередь подтолкнуло Семёнова к проведению работы, которая привела к его первому важному вкладу в науку о горении — созданию теории теплового взрыва и горения газовых смесей. Согласно этой теории, тепло, выделяющееся в процессе химической реакции, при определённых условиях не успевает отводиться из зоны реакции и вызывает повышение температуры реагирующих веществ, ускоряя реакцию и приводя к выделению ещё большего количества тепла. Если нарастание количества тепла идёт достаточно быстро, то реакция может завершиться взрывом.