Красиво и притягательно: какие явления происходят в ядерном реакторе

В 1934 году Павел Черенков работал у известнейшего физика Сергея Вавилова и изучал люминесценции жидкостей под воздействием гамма-излучения. Совершенно случайно он заметил, что у прозрачных жидкостей появляется голубоватое свечение. Причём это свечение происходило у всех прозрачных жидкостей.

Черенков экспериментировал: менял температуру жидкостей, добавлял разные примеси и всё равно свечение не менялось. Позже выяснилось, что излучение не имеет отношения к люминесценции, оно было поляризованным и шло вдоль движения гамма-лучей. У излучения конусообразный вид, оно чем-то напоминает луч фонарика. А у люминесценции направления нет и изменение температуры действует на неё довольно серьёзно.

Это явление назвали излучением Вавилова-Черенкова. Позже Тамм и Франк дали ему обоснование с помощью теории электромагнетизма, а Гинзбург - квантовой физики. Вскоре появилось и объяснение свечения в газах и твёрдых телах.

Суть голубоватого свечения: в прозрачных жидкостях его вызывают частицы, которые двигаются быстрее скорости света. Каким образом? Ведь материя не может превысить скорость в 300 000 км/с? Никакого противоречия здесь нет: это в вакууме материальные частицы не могут двигаться быстрее скорости света, а здесь они движутся в плотной среде. В ней скорость света замедляется: в воде - в 1,33 раза, в стекле - в 2,1 раза. А у релятивистских частиц скорость хоть и падает, но не намного.

Когда жидкость облучают гамма-лучами, то они сталкиваются с атомами плотной среды и выбивают из неё электроны. И уже они движутся вдоль направления гамма-излучения, причём быстрее скорости света в данной среде. Дальше срабатывает принцип Гюйгенса-Френеля: электроны пролетают сквозь упругую среду и вызывают волны. И эти волны гасят друг друга по всем направлениям кроме того, по которому летят электроны. Так появляется излучение Черенкова. Важно то, что если скорость света в этой среде будет выше скорости проходящей через неё частицы, то волны полностью погашаются и свечения не будет.

Это открытие даже использовали при изучении глубоководных рыб - ведь на дне океанов тоже есть небольшое свечение из-за бета-распада калия-40. Так вот, есть версия, что обитатели глубин могут что-то видеть как раз благодаря свечению, которое вызывает излучение Черенкова.

На в целом, излучение применяется в ядерной физике. Надо лишь рассчитать скорость света в среде, угол раскрытия конуса и тогда можно определить скорость движущейся частицы.

При запуске реактора появляется голубоватое свечение – это и есть излучение Черенкова:

В 1958 году, за открытие излучения и помощь в его обосновании, Черенков, Франк и Тамм получили Нобелевскую премию.