Голубое сияние Обнинска: как открытие Павла Черенкова стало символом мирного атома

В истории есть моменты, когда научная абстракция становится зримым символом новой эпохи. Таким символом для атомного века стало яркое, пронзительно-голубое свечение, впервые изученное и объясненное нобелевским лауреатом Павлом Черенковым. И случилось это на Калужской земле. В Обнинске у реактора первой в мире атомной электростанции эффект Черенкова из области фундаментальной физики шагнул в реальность, став неотъемлемой частью образа мирного атома.

Кто такой Павел Черенков

Звезда мировой науки происходил их крестьян. Он родился 28 июля 1904 года в селе Новая Чигла, что ныне относится к территории Воронежской области. Мальчик тянулся к знаниям, но его мачеха считала, что образование – это ненужная блажь и всячески противилась учебе Павла. Однако, чем строже был запрет, тем лучше учился ее пасынок. В 1924 году Черенкову удалось поступить на физико-математическое отделение Воронежского государственного университета.

Отработав несколько лет учителем, Павел Алексеевич поступил в аспирантуру Физико-математического института АН СССР в Ленинграде, где защитил кандидатскую и докторскую диссертации. Еще будучи аспирантом, Черенков, изучая люминесценцию прозрачных жидкостей под действием гамма-лучей, обнаружил неизвестное голубое свечение. Его невозможно было «погасить» нагреванием жидкости или при помощи примесей. Да и от химического состава среды яркость свечения не зависела.

Проделав множество опытов, ученый пришел к выводу что наблюдаемый им эффект не люминесценция, а нечто иное… Но что?

Оказывается, излучение вызывали электроны, которые двигались со сверхсветовой скоростью. 

экспериментируя вновь и вновь ученые выяснили, что в прозрачной жидкости скорость света меньше, чем в вакууме. Поэтому частицы там действительно могут двигаться быстрее, чем свет. Явление получило название «черенковское излучение» или «эффект Черенкова». Объяснить его смогли советские физики Илья Михайлович Франк и Игорь Евгеньевич Тамм. Нобелевскую премию «за открытие и истолкование эффекта Черенкова» в итоге они тоже разделили на троих.

Илья Михайлович Франк родился 23 октября 1908 года в Санкт-Петербурге в семье математика. После окончания физико-математического факультета Московского государственного университета, первоначально его основной специализацией была оптическая физика, однако его учитель Сергей Вавилов (он же был научным руководителем Черенкова) в 1933 году предложил способному к глубокому научному анализу сотруднику перейти в ядерную физику.

Игорь Евгеньевич Тамм был самым старшим. Он появился на свет 8 июля 1895 года во Владивостоке в семье инженера. Московский университет окончил в 1918 году с дипломом по физике. После кратковременного увлечения политикой начал академическую карьеру. Основные направления научного творчества Тамма относятся к квантовой механике, физике твёрдого тела, теории излучения, ядерной физике, физике элементарных частиц, а также к решению ряда прикладных задач.

Скорость света в вакууме – это абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн, в точности равная 299 792 458 м/с. Она относится к фундаментальным физическим постоянным, которые характеризуют не просто отдельные тела или поля, а свойства пространства-времени в целом.

Даже нам сложно поверить в возможности сверхсветового движения, что уж говорить о людях живших в середине ХХ века.

«Оптика источников света, движущихся в преломляющих средах», - так называлась Нобелевская лекция по физике, которую в 1958 году прочитал Илья Франк. В своем выступлении ученый подчеркнул, что эффект Черенкова - это частный, хотя и очень интересный пример. «В этой области явлений имеется широкий круг вопросов, связанных с излучением источников света, движущихся в преломляющих средах», - обратил внимание слушателей Илья Михайлович.

От лабораторной установки к сердцу реактора

27 июня 1954 года в подмосковном Обнинске заработала первая в мире промышленная атомная электростанция. Её запуск был актом величайшего гуманизма — ядерная энергия, рожденная в горниле войны и гонки вооружений, впервые была направлена на созидание, на обеспечение людей светом и теплом.

И каждый, кто видел активную зону этого реактора, погруженную в воду для охлаждения, становился свидетелем того самого явления, которое когда-то изучал Черенков. Из глубин бассейна исходило таинственное и прекрасное голубое свечение. Это был не свет раскаленного металла, а холодное, почти призрачное сияние, вызванное мощными потоками электронов, вылетавших из топливных стержней и летевших сквозь воду со сверхсветовой скоростью.

Практический смысл и поэзия явления

Для физиков и инженеров Обнинской АЭС это свечение было не просто красивым зрелищем. Оно служило важным визуальным индикатором. Интенсивность голубого свечения напрямую свидетельствовала о мощности ядерной реакции. По его характеру опытный глаз мог оценивать процессы, идущие в активной зоне. Эффект Черенкова, таким образом, стал природным «датчиком», встроенным в саму суть работы реактора.

Но помимо утилитарного значения, это сияние имело и огромное символическое. Оно было зримым воплощением связи между чистой, фундаментальной наукой и грандиозными технологическими проектами. Открытие, сделанное в тишине лабораторий Физического института АН СССР, теперь работало здесь, в Обнинске, порождая энергию для мирных целей.

Голубое свечение в бассейне Обнинского реактора стало мостом между миром элементарных частиц и макромиром человеческих потребностей. Оно напоминало, что законы природы, сколь бы сложны они ни были, могут быть покорены и обращены на благо. Это была поэзия физики, выраженная в чистом цвете.

Проект «Нобелевские лауреаты» выполняется при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Десятилетия науки и технологий, объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.