Ирина Радунская - Безумные идеи
Но в институте, где работает Павел Алексеевич, стоит такой огромный бак с водой, что заглянуть в него можно, лишь забравшись по лестнице на второй этаж. В этом баке – самом большом в мире счетчике Черенкова – налито сто тонн воды! Просто не верится, что необходимо такое огромное сооружение для определения свойств частички, залетевшей в бак с неба!
Но, конечно, сделано это не напрасно. Конструкторам пришлось сделать бак таким большим для того, чтобы космическая частица, пролетая через него, успела превратить в нем в свет всю свою энергию. И тогда, измеряя интенсивность свечения фотоумножителем, можно определить полную энергию влетевшей в бак частицы.
Вторая жизнь открытия
Вокруг открытия Черенкова и после его признания бушевало много споров. Особенно относительно его практическою применения. В дискуссиях рождались интересные идеи. Одну из них высказал еще при обсуждении докторской диссертации Черенкова академик Мандельштам. Он предположил, что для наблюдения эффекта Черенкова вовсе не обязательно пропускать электроны через вещество, где они довольно быстро тормозятся встречными атомами. По его мнению, достаточно пропустить пучок быстрых электронов не через вещество, а вблизи его поверхности. Можно даже попытаться «впрыснуть» их в канал, проделанный в твердом теле.
Электроны, пролетая близко к его поверхности, будут возбуждать в атомах вещества электромагнитные волны. Если электроны летят быстрее, чем волны, значит в веществе возникнет ударная черенковская волна излучения.
Электроны летят в пустоте и поэтому, конечно, не могут лететь быстрее света. Но достаточно, чтобы они летели быстрее, чем электромагнитная волна, бегущая внутри диэлектрика. В этом случае волны, возникающие в диэлектрике под воздействием пролетающего электрона, обязательно будут складываться в черенковскую волну, которая распространится внутри диэлектрика, а затем...
А затем рожденные таким образом электромагнитные волны могут быть излучены в пространство.
Мысль покойного академика Мандельштама была не просто красивой иллюстрацией механизма возникновения черенковского излучения. Она указывала на практические возможности большого значения.
Впоследствии физик-теоретик В.Л. Гинзбург решил развить мысль Мандельштама.
Он тщательно изучил черенковское излучение в твердых телах и пришел к выводу, что таким образом можно просто осуществить генерацию очень коротких, миллиметровых и даже субмиллиметровых, волн. То есть создать новые генераторы радиоволн. Для радиотехники, которая все время борется за все более и более короткие волны, такие генераторы были бы просто находкой.
Таким способом можно получить особенно мощные радиоволны, используя не сплошной поток электронов, а предварительно сгруппировав их в небольшие сгустки.
Оказалось, это не единственный способ получения радиоволн с помощью эффекта Черенкова. Ведь мы знаем, что для возникновения эффекта достаточно уменьшить скорость электромагнитной волны до величины, меньшей, чем скорость электрона, и черенковское излучение начнется.
Однако скорость электромагнитных волн можно уменьшить, не только пропуская их через диэлектрик. Во многих случаях сантиметровые и миллиметровые волны передаются с помощью специальных металлических труб – волноводов. Если внутри трубы установить ряд перегородок с отверстиями, то скорость распространения волны по такой трубе сильно уменьшится.
Значит, выбрав подходящие размеры трубы и перегородок, откачав из нее воздух и пропустив через нее пучок быстрых электронов, сгруппированных в сгустки, можно получить таким образом мощное черенковское излучение миллиметровых волн. Оно будет образовываться здесь в результате взаимодействия электронов с отдельными отсеками волновода и сложения образующихся при этом электромагнитных волн.
Так эффект, открытый советским ученым и казавшийся ранее лишь интересным физическим явлением, уже входит в технику.
...В прошлом веке в Швеции жил очень богатый предприниматель и инженер Альфред Нобель, тот самый, который изобрел динамит. В своем завещании Нобель распорядился употребить свое огромное состояние на присуждение премий ученым, сделавшим важные научные открытия. С тех пор Шведская академия наук ежегодно присуждает Нобелевские премии за наиболее интересные и важные научные работы. Такую премию когда-то получили всем известные ученые Рентген, Эйнштейн, Фредерик Жолио-Кюри; русские ученые Павлов, Мечников. И.Е. Тамм, И.М. Франк и П.А. Черенков были награждены этой премией в 1958 году за открытие и толкование эффекта Черенкова – Вавилова.
Следы в тумане
Каждый сезон приносит новый мезон.
Шутка академика С.И. ВАВИЛОВА
Кто раздевает атомы?
В наши дни трудно найти человека, ничего не слышавшего о космических частицах. В начале века о них не знал никто.
Однако уже тогда начали распространяться слухи о каких-то таинственных лучах, о разрушенных атомах, якобы обнаруженных в воздухе.
Это были удивительные находки. Среди полноценных атомов в воздухе попадались атомы с «ободранными» электронами!
Как обнажились атомы? Откуда в воздухе появлялись очаги электричества?
Тогда еще было свежо впечатление от наделавших много шума невидимых лучей Беккереля, открытых в 1896 году. Чудесная и поучительная история этого открытия долго обсуждалась в кругах ученых.
Французский физик изучал люминесценцию ураниловых солей, которые ярко светились в темноте, если их до этого выставить под лучи солнца. Беккерель предполагал, что солнце заставляет эти соли вместе с видимым светом испускать и рентгеновы лучи. Ему удалось доказать на опыте, что ураниловые соли при этом засвечивают фотопластинки, защищенные непрозрачной черной бумагой. Это показалось Беккерелю важным открытием, и он 24 февраля 1896 года доложил о нем Парижской академии наук. Чтобы уточнить природу вновь открытого явления, Беккерель подготовил к опыту новую партию фотопластинок и, завернув их в черную бумагу, положил на каждую из них по пластинке, покрытой солью урана. Но природа воспротивилась намерениям ученого. Солнце скрылось, и надолго установилась пасмурная зимняя погода. Лишь в воскресенье 1 марта 1896 года выглянуло солнце. Но Беккерель был опытным экспериментатором. Он не спешил. Прежде чем начать опыты, он проверил, не испортились ли пластинки за время долгого пребывания в столе.
Проявив несколько из них, он с величайшим удивлением увидел, что они потемнели, хотя ураниловые соли не освещались солнцем и, следовательно, не могли люминесцировать.
Да, Беккерель был настоящим исследователем. Он не прошел мимо странного случая, не отнес это за счет плохого качества фотопластинок. Ученый тщательно изучил все обстоятельства и установил, что урановая руда сама по себе испускает невидимые активные лучи, проникающие сквозь непрозрачные тела. Так сочетание случая, наблюдательности, логического мышления и экспериментального искусства ученого привело к открытию радиоактивности.
Радиоактивность стала модой, ею пытались объяснить все непонятные явления. И когда ученые обнаружили постоянное присутствие в воздухе атомов, потерявших один или несколько электронов, в этом прежде всего обвинили радиоактивность. Тем более что действительно небольшое количество радиоактивных веществ обнаружили в почве, в воде, в воздухе.
Вот на эти-то естественные радиоактивные загрязнения прежде всего и пало подозрение. Они-де испускают лучи, которые разрушают атомы воздуха и обрывают с них электроны, словно виноградины с кисти. Они и являются причиной того, что вместе с нейтральными атомами в воздухе встречаются отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные остатки разбитых атомов – ионы.
Вот почему воздух атмосферы слегка ионизирован, говорили большинство ученых мужей, многие из которых на месте Беккереля просто-напросто выбросили бы засвеченные фотопластинки в мусорный ящик.
Для них все было ясно, никакой таинственности, ведь радиоактивность уже открыта, стоит ли этим заниматься...
И скептики с удивлением наблюдали, как немногочисленные энтузиасты оставляли свои обжитые теплые кабинеты и отправлялись в самые немыслимые путешествия в разные места земного шара только ради того, чтобы выяснить причину заинтересовавшего их явления.
И что же? Эти чудаки возвращались торжествующими! Да, их подозрения относительно странной ионизации воздуха оказались не напрасными.
Выяснилось, что над пустынным океаном ионизация воздуха лишь немного меньше, чем над сушей, а на вершинах гор она заметно больше, чем на равнинах. Но теперь возникали новые вопросы. При чем здесь радиоактивность почвы и воды? Может быть, все же виновата радиоактивность воздуха? Нет, измерения и расчеты неоспоримо показали, что она слишком мала и не может вызвать наблюдаемую ионизацию. Значит, твердили чудаки, нужно искать другую, неведомую еще причину таинственного разрушения атомов воздуха.